机器人行业报告：人形机器人风再起时，电机零部件充分受益

报告出品方：华福证券

以下为报告原文节选

------

人形机器人：劳动力替代空间广阔

机器人产业迎来升级换代、跨越发展新窗口

机器人自动化水平随制造业发展持续提升

• 机器人的发展跟随制造业自动化程度不断提升，从最早的单任务起重机式臂到机器人，再到能够与人直接交互的协作机器人，再发展到与人工智能结合的人形机器人。在各行各业数字化转型的巨大需求牵引下，机器人在汽车制造、电子制造、仓储运输、医疗康复、应急救援等领域的应用不断深入拓展，推动机器人产业持续蓬勃发展。
工业类、服务类、特种类机器人同步蓬勃发展

• 机器人广泛应用于我国各行各业中，一般将其分为三类：工业机器人、服务机器人、特种机器人。工业机器人在汽车、电子、金属制品、塑料及化工产品等行业已经得到了广泛的应用；服务机器人在建筑、教育领域需求牵引下，不断拓展应用场景和服务模式；特种机器人在极端环境、危险作业等场景下的操作能力大幅增强，在太空探测、深海探索、应急救援等应用领域有望快速发展。

人形机器人展现强大灵活性

工业机器人精度和稳定性要求高，人形机器人有望达到人类的灵活水平

• 当机器人的轴数增加，机器人就有更高的灵活性。四轴SCARA机器人是特别为高速取放作业而设计的，有4个自由度，而六轴机器人有6个自由度，提供了更高的生产灵活性，六轴机器人最初大规模应用在汽车行业，多以负载>20kg型号为主，随着六轴机器人逐渐向3C电子、金属加工、食品饮料、新能源等行业扩展，负载<20kg的小六轴出货量逐渐提升。
• 人形机器人和工业机器人方案类似，传动部分有减速器、伺服电机、齿轮箱，控制部分为机器人的整机控制器，驱动方式主要是电机驱动。特斯拉机器人共有40个关节，包括28个关节驱动单元和12个高灵敏度要求的手部关节。

人形机器人入局玩家增多，产业化降本诉求强烈

2000年本田公司研发了第一代人形机器人ASIMO，随后丰田、波士顿动力、特斯拉等企业参与进来，国内厂商优必选、小
米、傅利叶也纷纷入局，加大研发，不断丰富应用场景。但人形机器人的研发周期较长，需要持续不断的、大量的资源和资
金投入，国内走在前列的优必选在其招股书中披露22Q1-Q3亏损7.78亿元，对标电动车发展初期，降本成行业的首要问题。
另一方面，人形机器人的难点在于交互能力、通用人工智能的能力，对人体的仿生学和动力学要求高。更擅长加工精度和重
负载的传统工业机器人厂商（ABB、Kuka、Fanuc、安川），优势迁移存在一定难度，从人工智能控制算法这一角度，以特
斯拉为代表的软件能力强的企业具备相当大的优势，有希望复刻电车电池行业快速的降本曲线，带动人形机器人产业发展。

具身智能催化新一代人形机器人浪潮

人形机器人是通用人工智能“具身化”的载体

• “通用人工智能（AGI）”指的是在任何人类的专业领域内具备相当于人类智慧程度的AI。2023年5月，在ITF World 2023半导体大会上，黄仁勋表示人工智能的下一个浪潮将是具身智能（embodied AI），即能理解、推理、并与物理世界互动的智能系统。随着技术和产业发展，装有AI大模型“大脑”、运动能力很强的人形机器人有望从事多种工作，包括家政服务、养老陪护、教育、医疗、设施巡检、抢险救灾等。
AI加持下，机器人训练速度和准确性大幅提高

• 大模型和云端训练大幅地提升了软件设计和模拟的生产力。将智能算法与机器人的感知、行动和环境交互等能力结合，使机器人以更自然、更智能的方式与周边环境进行交互并完成各种任务。傅利叶智能在WAIC 2023上发布的通用人形机器人GR1全身40个自由度，具备敏捷避障、上下坡行走、与人协同等能力，它们可以理解各种自然语言指令，与人类很好地沟通；由于体型接近人类，它们视野开阔、能用工具，在很多场景下将成为人的替身。

全球劳动力衰竭持续，人形机器人替代空间广阔

政策催化机器人产业发展，各地明确人形机器人的场景定位

• 我国机器人产业2020年营业收入突破1000亿元，《“十四五”机器人产业发展规划》提出产业向中高端迈进，目标到2025年机器人产业营业收入年均增速超过20%。山东、深圳、北京等地陆续发布人形机器人相关行动方案，面向3C电子制造、新能源汽车生产等典型场景，突破复杂运动控制、定位导航、视觉处理和精细操作等技术瓶颈，推动人形机器人工程化和产业化。
潜在替代行业空间大，劳动力缺口带动百亿美元空间

• 特斯拉人形机器人的目标是帮助人们完成枯燥重复或危险的任务，集中在仓储运输、采矿伐木、家庭服务、服务业等领域。从潜在替代行业的角度看，根据美国劳工局统计的就业和平均薪水数据，针对不同行业在2030年的潜在替代空间，乐观和悲观市场空间预测分别为567/244亿美元，在硬件成本下降后有望加速替代。从补充劳动力缺口的角度看，假设按照2030年105万台空间的计算（替代美国210万劳动力缺口的50%），对标特斯拉人形机器人远期价格降至约2万美元，市场规模达210亿美元。

特斯拉Optimus：核心传动产品解析

特斯拉Optimus迭代，加速人形机器人产业化进程

特斯拉人形机器人加速迭代

2021年8月第一届Tesla AI Day上，特斯拉发布了首款人形机器人“擎天柱”（Optimus）的概念图，该人形机器人身高5英尺8英寸，重125磅，具有45磅的承载能力和150磅的硬拉能力，其控制将通过类似于电动汽车智能算法进行。2022年2月推出原型机，在2022年10月AI Day亮相接近于完整体的新一代人形机器人，2023年7月亮相世界人工智能大会。

特斯拉Optimus执行器解决方案

Optimus身体共计28个执行器，包括三种旋转执行器和三种线性执行器

根据图示统计，特斯拉人形机器人全身的28个执行器分布在肩部（6个）、肘部（2个）、腕部（6个）、躯干（2个）、髋部（6个）、膝部（2个）、踝部（4个）。旋转执行器和线性执行器各14个。

注：Yaw、Roll、Pitch用来区分绕y轴（垂直）、z轴（前后）、x轴（水平）旋转。

旋转关节执行器：全身14个

Tesla Optimus的旋转关节方案：无框电机+谐波减速器+扭矩传感器+位置传感器+轴承（角接触球轴承+交叉圆柱滚子轴承）+编码器。特斯拉同步展示了其执行器产品组合，包含了3个不同扭矩的旋转减速器，分别为20Nm/110Nm/180Nm。
•全身分布：肩部6个，腕部2个，髋部4个，躯干2个。

线性关节执行器：全身14个

Tesla Optimus的线性关节方案：无框电机+行星滚柱丝杠+力矩传感器+位置传感器+轴承（四点接触球轴承+深沟球轴承）+编码器。特斯拉同步展示了其执行器产品组合，包含了3个不同力矩的线性执行器，力矩分别为500N/3900N/8000N。
全身分布：肘部2个，腕部4个，髋部2个，膝部2个，踝部4个。

关节价值量高，无框电机打开需求空间

• 硬件层面，在特斯拉等大主机厂带动下，人形机器人有希望复刻电车电池行业快速的降本曲线。无框电机的单机价值量最高。执行器方面，单台机器人价值量分布集中在无框电机，按单个价值量约214美元假设，单台机器人所需28个无框电机，合计价值量6,000美元，占总执行器价值量的32.8%。
• 未来随着硬件降本程度加大，假设2030年人形机器人需求量达105万台（替代美国210万劳动力缺口的50%），单台人形机器人电机价值量按2,800美元（28个，单价100美元）计算，创造无框电机约30亿美元需求空间。

核心零部件：电机解决方案有望受益

电机驱动：人形机器人的商业化解决方案

以电机为驱动的核心动力单元：控制精度更高，具备大规模量产和能耗优势。
人形机器人一般采用关节驱动器，而驱动方式主要有电机驱动、液压驱动和气体三种方式。1）电机驱动：具有简单、驱动控制成熟、技术成熟，比较常见，但由于电机负载能力的限制，其负载能力也较弱；2）液压驱动：成本略高，但具有很大的功率体积比，从而使机器人具备高动态行走能力且负载能力强；3）气体驱动：具备压缩性，能够使机器人更柔顺地进行运动，但是其功率体积比最低，负载能力差。目前在全球头部人形机器人厂商中，波士顿动力在Atlas机器人上应用液压来进行驱动，其余厂商大多以电机驱动方式为主。

电机分类：工业动力之源，规模稳定增长

电机种类多样，应用广泛，带动全球市场规模稳步提升。
电机以旋转电机为主，根据电磁感应原理实现电能和机械能相互转换。伺服电机能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，达到拖动控制元件的目的；步进电机能够将电脉冲转化为角位移；力矩电机是一种扁平型多级永磁直流电动机，能够降低转矩脉动和转速脉动。
电机产品广泛应用于国民经济的各个领域，大中型电机广泛应用于工业领域，如冶金、电力、石化、煤炭、矿山、建材、造纸等。电机还应用于电子信息领域、轨道交通领域、家电领域以及新能源汽车领域等行业。根据QYResearch数据，2019年我国电机市场规模达到了344亿美元，预计2026年将增长至617亿美元，年复合增长率8.83%。2016年全球电机市场规模为1097亿美元，2021年达到了1313亿美元，过去五年复合增长率为3.66%，预计2027年将达到2072亿美元，年复合增长率6.79%。

行业竞争：将趋向于多平台技术的竞争

电机行业结合多门学科，要求企业具备多平台能力

1）电机行业，综合了电机理论、微电子、电力电子、计算机科学、控制工程理论、精密机械和新材料等多门学科，涉及电机技术、材料技术、计算技术、 控制技术、微电子技术、电力电子技术、传感技术、网络技术等技术领域，是典型的机电一 体化产品。2）国内电机企业，要真正做好该领域，取决于是否三套团队齐备：电机电磁技术、驱动控制技术、精密机械加工（材料）。但国内目前真正完整具备以上能力的企业较少，与发那科、安川等国际知名企业仍有较大距离。
中国是全球第一大电机生产国，日本、德国、美国等是研发主导力量，掌控着全球大部分高档、精密、新型技术。从份额来看，中国电机行业规模占比30%，美国占和欧盟分别占比27%和20%。

发展趋势：新兴领域拉动明显，高质量、高性能、智能化趋势清晰

新兴领域拉动：医疗器械、协作/人形/工业机器人、无人机、可穿戴设备、智能家居、新能源汽车等需求拉动，且这些市场往往更高端

高质量高性能升级需求：功能密度高、力矩大、体积小、 噪音小、温升小、稳定性可靠性好等，低劣低质产品逐步退出市场

提供优质服务：通过完善的售前定制化方案，售后快速响应提升服务质量，而非简单的价格战获得用户信任

智能化：通过PLC等高性能控制器实现位置控制数字化，实现转矩、转速、位置等精准控制。
模组化趋势：电机同编码器、丝杠、变速器、传感器高度集成为一个模组，实现精密运动组件。

伺服系统：高精度电机选择，自动化领域应用增速快

伺服电机控制精度更高，广泛用于半导体、新能源、机器人等高端领域

伺服系统是运动控制的核心。自动控制系统中，伺服电机用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，主要应用于高精度的定位系统。一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位。
国产伺服系统厂商份额持续提升，国产替代加速。伺服系统市场中，外资品牌厂商凭借品牌与技术优势占据了我国60%-70%的市场份额。随着国内厂商自研能力逐步提升，内资品牌伺服系统的产品质量和技术水平不断提升，并逐渐在国内市场中取得一定的份额，2021年内资品牌的伺服系统市场份额达到35.79%，同比增长6.02pct，汇川技术、禾川科技、信捷电气等厂商近年来市场份额提升明显。

--- 报告摘录结束 更多内容请阅读报告原文 ---

报告合集专题一览 X 由【报告派】定期整理更新

（特别说明：本文来源于公开资料，摘录内容仅供参考，不构成任何投资建议，如需使用请参阅报告原文。）

精选报告来源：报告派

科技 / 电子 / 半导体 /

人工智能 | Ai产业 | Ai芯片 | 智能家居 | 智能音箱 | 智能语音 | 智能家电 | 智能照明 | 智能马桶 | 智能终端 | 智能门锁 | 智能手机 | 可穿戴设备 |半导体 | 芯片产业 | 第三代半导体 | 蓝牙 | 晶圆 | 功率半导体 | 5G | GA射频 | IGBT | SIC GA | SIC GAN | 分立器件 | 化合物 | 晶圆 | 封装封测 | 显示器 | LED | OLED | LED封装 | LED芯片 | LED照明 | 柔性折叠屏 | 电子元器件 | 光电子 | 消费电子 | 电子FPC | 电路板 | 集成电路 | 元宇宙 | 区块链 | NFT数字藏品 | 虚拟货币 | 比特币 | 数字货币 | 资产管理 | 保险行业 | 保险科技 | 财产保险 |