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巨头争相布局,人形机器人前景如何?

(原标题:巨头争相布局,人形机器人前景如何?)*网易上市公司研究院特稿,未经同意禁止一切媒体转载,包括友商,本文不构成投资决策。6月3日,马斯克在推特上宣布,特斯拉的人形机器人Tesla

 (原标题:巨头争相布局,人形机器人前景如何?)

*网易上市公司研究院特稿,未经同意禁止一切媒体转载,包括友商,本文不构成投资决策。

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6月3日,马斯克在推特上宣布,特斯拉的人形机器人Tesla Bot改名为擎天柱(Optimus)。并且,为了人形机器人的发布,将8月19日的特斯拉AI日推迟到9月30日。

但令人意想不到的是,特斯拉被小米抢了先。

8月11日,小米举办秋季新品发布会,除了传统的数码产品,小米MIX Fold 2折叠手机、小米Watch S1 Pro、Redmi K50至尊版等,发布会最大的亮点在于,继小米仿生四足机器狗Cyberdog后,小米机器人Cyber家族迎来了新成员,小米首款全尺寸人形仿生机器人——“Cyberone”。

那么,人形机器人行业的未来将如何?

人形机器人产业链可分为三大部分

巨头争相布局,人形机器人前景如何?

上游零部件/原材料的成本占比最高,盈利水平最强。如金属原材料铝镁合金,非金属原材料碳纤维。以及核心零部件电机、控制器、减速器、编码器、AI智能设备等。还有非核心零部件,如显示屏、基体外壳、线束等。由于具备一定技术储备,机器人关键核心零部件企业率先进入人形机器人产业链的机会更大。

据中信建投测算,动力总成系统成本占人形机器人总成本的35%,是价值量最高的部分;其次是智能感应系统,占人形机器人总成本的25%。中信建投认为,电机、减速器、结构件等硬件环节具备产业链机会。

其中,伺服系统占总成本的20%,是运动控制的核心,日系厂商优势突出,国内产业仍处于起步阶段,主要面向中低端市场。2021年伺服系统国内市场空间为233亿元,2014-2021CAGR=16.09%,维持较高增速。

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本土厂商伺服份额变化

 

2019-2021年安川/松下/三菱等日系占据近50%销售额市占率,但交流伺服国产替代较为明显。本土厂商占比从2017年的27.7%提升至2022Q1的45.4%(上升17.7pct),主要替代日韩厂商份额。

根据睿工业数据,2021年中国通用伺服厂商占国内市场比例达到42%,首次超过日韩厂商。睿工业认为,国产厂商份额大幅增加的原因主要包括:供应链管理良好、响应速度高、性价比高。

内资龙头汇川技术销售额市占率快速提升,从2018年6.2%提升至2022Q1的16.6%(+10.4pct)、超过安川、松下,位居第一。二线龙头雷赛智能、信捷电气、禾川科技等因锂电、光伏等增量市场机会凭借产品高性价比及快速响应能力奋起直追,从2018-2022Q1份额分别提升1.20%/1.42%/1.50%,实现突破。

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国内核心厂商伺服产品份额提升

而控制器已经被日本、德国、美国等垄断,占5%。传感器占成本的5%,并逐渐向微型化、智能化、仿生化发展。减速器是连接动力源和执行机构的中间机构,具有匹配转速和传递转矩的作用,且占成本的30%。

2020年,全球机器人减速器市场规模为106.5亿元。其中,日本的纳博特斯克和哈默纳科占据工业机器人减速器七成以上市场。其优势在于产品成熟且系列化,劣势是交期较长和服务响应较慢。绿的谐波是谐波减速器国内龙头,2021年市占约25%。

平安证券认为,人形机器人未来对精密减速器市场规模的拉动作用将最为明显,绿的谐波和双环传动作为国内谐波、RV减速器龙头,业绩有望大幅受益。

中国机器人关节用高精密减速机研发起步较晚,再加上相关技术封锁等原因,与精度、噪声、寿命相关的核心技术成为“卡脖子”难题。但近期已经实现了一些突破,从份额提升角度来看,谐波减速器中绿地谐波市占从2020年的21%提升至2021年的25%,来福市占也提升了2pct,突破明显。

巨头争相布局,人形机器人前景如何?

减速器相关厂商份额变化

东吴证券表示,谐波减速器相关国产厂商技术水平已基本过关,未来依靠较低的价格、较短的交付周期、较快的服务相应,以及本土化定制化服务有望进一步加速国产替代。

人形机器人的这些部件,就像人类身体内部的各个“器官”,在机器人的本体里分工合作,协助完成各项指令。

中游包括系统集成和本体制造。系统集成是连接生产企业和客户的桥梁,通过面向具体用户需求的定制化集成开发,实现机器人在特定场景中的实际布署。而机器人的本体在结构设计和加工制造的基础上,通过集成上游零部件实现机器人整机的生产。

系统集成板块,国内外基本处于同一水平,但国内有工程师成本低的红利优势,2020年国内市场达到2000亿元。国内生产机器人本体的企业较为成熟,国产机器人本体基本达到国际先进水平,且两年后有望大规模进入高端市场。

所以系统集成和本体就像人类的 “大脑”及“肢体”,由“大脑”整理各项指令发送给各个“器官”,来达到“肢体”的行动运作。

下游是个人/企业相关应用场景。包括个人/家庭使用如家务机器人、情感/陪伴机器人,商业服务应用如医疗、农业、运输、安保等,工业生产制造应用如汽车制造、食品加工、采矿、机床等。就像人类的不同“职业”,术业有专攻。

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人形机器人的核心产品

波士顿动力ATLAS

2013年,波士顿动力推出仿人机器人Atlas(第一代),采用液压驱动+控制的电液混合模式,增强了运动能力。并配备视觉系统(激光测距仪和立体照相机),但需要电缆进行供电。这时的Atlas已经能够在碎石堆上行走,还要受到严重的“虐待”,它不仅要“金鸡独立”,还要承受大摆球的撞击。

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2016年推出第二代Atlas,它具有独立的锂电池组电源,脱离了电缆的束缚,同时头部使用光学雷达和立体传感器。但这时的Atlas仍是个“婴儿”,尚在蹒跚学步阶段,走路踉踉跄跄,动作也不连贯,像极了一个半夜里走在回家路上的“醉汉”。

2017年-2020年持续改进Atlas,首先使其可稳定快速翻越障碍物,完成空中转体、后空翻等动作,接着用模型预测控制器技术,使其对动作进行跟踪以实现平滑交接,最终引入自主步伐规划算法,在狭窄地形中自主导航和行动。

Atlas执行的每个动作都源自其行为库中的动作模板,它可以根据目标情况自主从库中选择相应的动作执行。跑酷过程中,Atlas的模型预测控制器(MPC)会调整其发力、姿势、动作发生时机等细节,来应对环境、脚滑等各种可能实时出现的因素。

并且,MPC还允许Atlas跨行为边界预测下一步的行动,比如它知道了这次跳跃后是一个后空翻后,就可以自动地创建从一个行为到下一个行为的过渡,使每一步动作都自然的连贯起来。

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Atlas第一视角的路径规划

现在,Atlas可以利用头部的RGB摄像头和TOF深度传感器获取更加全面的环境信息。TOF深度传感器以每秒15帧的速度生成环境的点云。点云是大量测距结果的集合,Atlas获取到环境的点云后,它的感知软件会利用一种称作多平面分割的算法从中提取平面,并输入到一个映射系统中,构建出Atlas看到的不同对象的模型。

这就相当于为Atlas构建了一张3D地图,Atlas跑酷过程中正是基于它构建的这个模型来规划路径,计算每一步的落脚点。

这个站在机器人研究金字塔尖的神奇“物种”一路飞速进化,刚出场时其形象还人不人鬼不鬼,在滚动履带上甩着两条扭曲的大长腿,随后不仅外观越来越炫酷,而且新技能不断刷新人类认知。

2020年中旬,波士顿动力首款商用机器狗Spot正式开售,售价折合人民币将近50万元。显然这个售价很难给波士顿动力带来太多销量。据彭博社报道,截至2020年底,Spot仅被卖出了大约400台。Atlas单台价值约200万美金,因能耗较大、售价过高难以商业化,缺乏高级AI技术等原因,目前无商业化尝试。

小米Cyberone vs Tesla Optimus

小米Cyberone身高177cm,体重52kg,与Tesla Optimus近似。感知和控制层,小米和特斯拉均采用视觉方案,但核心算法仍有差距。

小米Cyberone使用听觉传感器和Misense视觉空间系统进行感知,音频算法可实现85种环境语义识别和45种人类语义情绪识别。而特斯拉Optimus移植汽车自动驾驶方案,使用Autopilot视觉摄像头感知,FSD计算机提供强力算法控制。我们认为小米CyberOne定位更侧重于情感识别与交互,而特斯拉Optimus在路径规划、环境感知能力可能更为卓越,有望具备多场景多任务处理能力。

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小米Cyberone形态及性能简介

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Tesla Optimus形态及性能配置

执行层方面,CyberOne具备21个自由度,行走时速3.6km/h,Optimus采用40个机电执行器,预计具备28-40个自由度,其中手部配备12个电机,手部更灵活,得益于高能算法控制,机器人行走时速最高可达8km/h。价格和产量层面,小米CyberOne造价60-70万元,尚无法量产。但Tesla机器人预计2023年投产,量产后售价有望低至2.5万美元。

中美科技龙头纷纷入局

有望推动人形机器人商业化和大众化发展

随着Tesla、小米相继入局人形机器人,亚马逊近期收购扫地机器人公司,小鹏、OPPO发布自研四足机器人,具备创新基因和成功商业经验的科技龙头入局有望为机器人产业的技术发展提供算法、算力、控制等新路径,并注入商业化因子,推动机器人真正走向市场。

但当前机器人商业化程度有限。当前行业领先的人形机器人波士顿动力Atlas尚处于实验室阶段,具备仿真人类表情的Ameca成本超13.3万美元且尚不能行走。往年代表性人形机器人本田Asimo、软银Pepper均已经产。尚未成熟的技术和高昂的成本始终掣肘行业发展。

“人形机器人行业尚处于发展初期,目前面临成本高、应用场景不明确、技术实现的功能简单等难题。”北京立德机器人平台总经理潘月称。

雷军在小米新品发布会上表示,在智能机器人领域,人形仿生机器人的技术集成度最高、难度也最大,小米还处于起步的第一阶段,CyberOne每天都在学习新的技能,相信未来智能机器人一定会走进人们的生活。

人形机器人的巨大蓝海市场能否兑现,核心还要看产品量产和成本控制。由于结构复杂,控制性能要求高,人形机器人成本非常昂贵。在保证性能的前提下,同时能实现量产降低成本,将成为打开市场的关键。

浙商证券表示,伴随着人形机器人的落地和持续迭代,我国谐波减速器、伺服电机等产业能力有望快速成长至国际领先水平,拥有广阔成长空间。同时,国产机器人供应链的蝶变也将助力国内机器人自主品牌的快速崛起。

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涉及机器人领域的A股公司