风险提示:本文内容参考各研究所相关研报及公开资料(详见附录),不代表本人观点,也不构成任何投资建议。您看过本文后做出的任何投资决策与本人无关,市场有风险,投资需谨慎。
内容导读:
人形机器人有望成为继手机、汽车之后的又一入口。本文从恐怖谷理论解释人形机器人易被接受,从人形机器人产业链视角看核心零部件及相关市场情况,并对减速器、伺服器等市场规模和国产情况进行了分析。全文约字,完整阅读需要12分钟,可选择性浏览。
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电池系统。热管理:三花智控、拓普集团、银轮股份、盾安环境;FPC:东山精密
电驱系统。伺服电机/液压缸体:汇川技术;直流无刷电机:恒帅股份、中科三环;微型电机:江苏雷利、德昌电机;精密减速器:绿的谐波、双环传动;熔断器:法拉电子;电机控制器:英博尔
智能感应系统。视觉/传感器:联创电子、韦尔股份、蓝思科技
结构件外涂覆层。结构件:爱柯迪、拓普集团、旭升股份;外涂覆层/碳陶:金博股份、天宜上佳
投资要点:
核心零部件是关键,占整机成本的70%。主要是伺服系统(25%)、控制器(10%)、减速机(35%)、本体制造(15%)等。从盈利水平看,减速器毛利率为40%,伺服系统为35%,控制器为25%。
重视减速器环节机会,国产减速器厂商有望获得更大份额。
机器人向轻量化、柔性化发展,可能将带动新领域如碳纤维复合材料和稀土钕铁硼电机等需求。
服务机器人较工业机器人产业链更为复杂,当下存在与电动车共享部分产业体系的可能。
一、人形机器人有望成为继手机、汽车后的又一入口
年8月,特斯拉CEO马斯克于“人工智能日”首次公开展示特斯拉人形机器人TeslaBot。年6月,马斯克再次于推特宣称,特斯拉将于年9月30日公布人形机器人原型机,并将其命名为Optimus(擎天柱),预计最早将于年开始生产。根据公开信息,Optimus身高1.72m,体重57kg,可负载20kg,最快运动速度达到8km/h。
考虑到特斯拉强大的产业化能力与市场影响力,特斯拉Optimus的推出有望拉开人形机器人产业化序幕。
人形机器人较其他服务机器人更容易被人们接受。参照“恐怖谷效应”,人形机器人在外形和行为设计上模仿人类,具有手部、足部、头部和躯干等,容易获得人类好感、亲近感并能满足情感认同,被接受和认可的程度更高。
从基础功能角度来看,人形机器人已初步具备产业化条件;从现状来看,人形机器人距离真正产业化仍有一定距离。特斯拉新一代Optimus人形机器人,若其能够市场需求和成本之间形成有效平衡,就有望实现商业化的落地和规模化的量产。
二、产业链视角:核心零部件重要性凸显
机器人核心零部件为伺服电机、减速机、控制系统、驱动器等(见下图)。从目前特斯拉公布的应用范围来看,人形机器人为服务机器人的技术升级,涉及到自动驾驶、视觉导航、传感器技术等多种技术融合,机械产业链方面主要涉及到机器人的核心零部件(伺服电机、减速机、控制系统、驱动器等)与机器视觉等方面。
核心零部件占整机成本的70%,机器代人趋势下核心零部件有望直接受益。从工业机器人的成本拆分来看,伺服系统/控制器/减速器/本体制造分别占机器人整机成本的25%/10%/35%/15%,其中核心零部件成本合计约占整机成本的70%。而对服务机器人来说,除上游核心零部件外,算法(导航定位算法、识别类算法等)、智能交互等核心技术模块也将是主要成本,本体制造的价值量占比较低。特斯拉人形机器人将搭载公司的人工智能设备,包括自动驾驶相机(提供机器人视觉)、自动驾驶计算机(充当大脑和心脏),以及其他人工智能算法和工具。
机器人的核心技术包括感知模块、交互模块和运控模块。感知能力类似人的各类感官的作用,需要敏锐的传感系统,交互能力类似大脑反应,需要AI软件能力和强大的芯片,运动控制能力类似四肢协调能力,需要灵敏的关节能力。
2.1重视减速器环节机会
特斯拉Optimus将搭载约40个电机,实现对颈部、手臂、手指、躯干、腿部等部位的控制,电机数量较传统工业机械人和服务机器人有大幅提升。类比工业机器人,“电机+减速器”的集成有望成为人形机器人大关节的主要动力组合,减速器需求空间将被打开。
(1)谐波减速器:据国盛证券预测,肩部、肘部、腿部、腕部、腰部、颈部等几个主要关节的谐波减速器用量为9~14个,假设谐波均价为元,单台用量为10个,则单台机器人谐波减速器价值量约为1.5万元,万台人形机器人销量对应谐波需求量约为0万个,对应市场规模亿元。
(2)RV减速器:据国盛证券分析,人形机器人腰部、髋部空间较大,且对承载能力要求较高,预计配备RV减速器2~4个。假设均价为元,单台用量为2个,则单台机器人RV减速器价值量约为元,万台人形机器人销量对应RV减速器需求量约为万个,对应市场规模60亿元。
产能+成本优势明显的国产减速器厂商有望获得更大市场份额。
(1)谐波减速器技术较RV偏低,因此从技术上看对国产厂商而言更加易于突破,目前国产谐波减速器厂商已经开始进行国产替代,其中绿的谐波国内市占率已超过20%。
(2)RV减速器构型复杂,长期以来全球市场格局高度集中,纳博特斯克占据全球70%以上市场份额。近年来,伴随国产RV减速器的发展,年双环传动的国内市场份额仅次于纳博特斯克,市占率约14%。
2.2伺服系统:机器人的动力系统,工业领域市场规模近亿元
伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出量,随着输入量的任意变化而变化的自动控制系统,是工业自动化的关键零部件,是实现精准定位、精准运动的必要途径。伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成,编码器通常嵌入于伺服电机。整个工作过程通过闭环方式精确控制执行机构的位置、速度、转矩等输出变量。
(1)伺服电机产业链涉及稀土磁材、电子原器件、伺服系统制造、机器人等。上游主要是稀土磁材和电子零部件等其他材料,稀土磁材是必需的重要原材料;中游除伺服电机制造以外,还包括伺服驱动器制造以及数控系统研发等环节;下游应用,伺服电机可以广泛应用于医疗器械、机器人制造、汽车制造和工业装备制造等领域,具备广阔的应用前景。
(2)伺服电机在控制精度、过载能力、速度响应等方面均优于步进电机,更适用于通用自动化和机器人领域。在数字控制的发展趋势下,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。
目前我国伺服供应商由国外品牌主导,国内企业处于成长阶段。根据MIR数据统计,在年的伺服市场中,前三名仍被日系伺服品牌牢牢占据,合计占比达40%,其中安川占比11.3%,排名第一位,紧随其后的是松下(10.5%)和三菱(9.9%)。日台系厂商业绩普遍下滑;国内伺服企业增长迅速,以汇川、禾川技术和埃斯顿比较典型。
2.3控制系统
控制系统相当于机器人的大脑,负责向机器发布和传递指令动作,控制机器人在工作中的运动位置、姿态和轨迹。典型的运动控制系统主要包括控制器、伺服系统和传感器三个部分,运动控制器向伺服系统发送指令,进而带动工作机械(负载)实现特定运动。同时,电机和机械系统的多种传感器经过信号处理将实时信息反馈给控制器,控制器进行实时调整,保证整个系统的稳定运转。
控制器的市场份额基本和机器人本体保持一致。相对于减速器而言,控制器市场集中度略低。以发那科、安川、库卡、ABB为代表的四大家族普遍采用自产自用的生产模式,四大家族的控制器合计占据约53%的市场份额,其中发那科占比为16%,库卡占比为14%,ABB为12%,安川为11%。国内控制器份额约为16%。
2.4本体+视觉控制等外围:本体材料轻量化,传感技术或仍以视觉为主
(1)本体:轻量化的复合材料、金属材料为首选,对触感要求高的部位或采用硅胶
本体在整个机器人中属于辅助部分,主要起到支撑、连接各个关节的作用,在整个机器人成本占比中最低。由于负载的要求,工业机器人的本体一般需要由铸铁、高强度钢制成。相比之下,人形机器人的本体一般采用密度更小的复合材料,或密度更小的金属材料,如铝硅、铝镁等,关键是材质相对更软,可塑性更好。
(2)传感:仍以视觉传感为主,或引入工业级双目/多目相机
人形机器人需要很多传感器。根据检测对象的不同,可以分为内部传感器、外部传感器。
内部传感器一般用来检测机器人本身状态,多为检测位置和角度的传感器。
外部传感器一般用来检测机器人搜出环境状况,如物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器、听觉传感器等。
2.4散热:风冷、散热器散热、导热材料+新兴散热解决方案
由于要面对大量信息,大量的动作,人形机器人运算量非常大,其所有的元件都在发热,因此,散热也是研制人形机器人需要解决的最重要问题之一。
2.5电池:三元锂电池或为主要解决方案
三、teslabot产业链(国金证券梳理)
特斯拉bolt原型机将在今年9月30日现身。国金证券梳理的产业链图谱如下:
●一文弄懂Chiplet及概念股
参考研报:
1.《国盛证券-机械设备行业点评:特斯拉人形机器人即将推出,相关产业链有望持续受益-》
2.《国盛证券-机械设备行业人形机器人深度二:TESLABOT硬件拆解-》
3.《国金证券-机器人行业深度研究:机器人新纪元开启,TeslaBot带来新猜想-》
4.《东吴证券-自动化设备行业深度报告:人形机器人迎产业化机遇,建议