工艺要求
随着当前人工智能浪潮的爆发，以及全球“机器换人”进程加速，人形机器人有望深入各细分消费端，成为AI下一个重要落地应用场景。
2022年，马斯克推出TeslaBot“Optimus（擎天柱）”原型机引爆人形机器人产业链。
特斯拉发布的人形机器人擎天柱Optimus承接无人驾驶技术，而AI的核心Transformer架构是NLP领域的标志性研究成果。
据马斯克介绍，未来十年特斯拉人形机规划500万台产能。按量产后的2.5万美元单价计算，未来3-5年市场空间超百亿美元，十年后市场空间超千亿美元。
人形机器人是具有与人类似的身体结构和运动方式（双足行走、双手协作等）的智能机器人。
目前人形机器人并没有普遍定义 ，但根据专业书籍《Humanoid Robots》的归纳，人形机器人应当能“在人工作和居住的环境工作，操作为人设计的工具和设备，与人交流”。
在此前提下，人形机器人最终应具有与人类似的身体结构，包括头、躯干和四肢，使用双足行走，用多指手执行各种操作，并具有某些特定的程度的认知和决策智能。
作为通用化程度高、高度集成和智能化的机器人，人形机器人既需要极强的运动控制能力，也需要强大的感知和计算能力。其技术难点在于尽可能模仿人的各类场景下“感知-认知-决策-执行”的过程，涉及仿生感知认知技术、生机电融全技术、人工智能技术、大数据云计算技术、视深导航技术等各领域的尖端技术。
人形机器人主要包含四大核心技术模块：环境感知模块、智能AI芯片模块、运动控制模块、操作系统模块。
环境感知模块主要负责数据采集与环境认知（视觉、声音、雷达、压感、光感）等传感器。
运动控制模块包括能量管理系统和动作执行系统（驱动器、控制器、减速器等）等。
操作系统模块包括硬件抽象描述、底层驱动程序管理、共用功能的执行、程序间消息传递、程序发行包管理等。
当前全球参与者已经有数十年的研发经验，波士顿动力Atlas、本田ASIMO、KAIST HUBO、优必选Walker、Agility Digit均为经典产品代表，已展现出一定的运动能力、执行任务能力和环境适应能力。
核心零部件种类与现有的机器人类似，包括驱动装置（伺服系统+减速器）、控制装置（控制器）和各类传感器。
零部件中成本占比最高的是减速器，它的毛利率也最高达到40%，其次是伺服系统（35%）和控制器（25%）。
伺服系统+减伺服系统和减速器环节受益于人形机器人赛道的确定性相对来说比较强；传感器环节来看，与外部环境感知和导航相关的无人驾驶类传感器有望受益。
与常见工业机器人2-6的自由度相比，人形机器人通常有30-40自由度，单台伺服电机需求量大幅度的增加，人形机器人产业化有望推升伺服系统需求。
日系企业包括安川、三菱、三洋、欧姆龙、松下等公司，主要为小型功率和中型功率产品。欧美系品牌包括西门子、博世力士乐、施耐德等公司，在大型伺服具有优势地位。
2021年中国通用伺服市场规模超过230亿元，同比增长超35%；我国通用伺服厂商占国内市场比例达到42%，市场占有率首次超过日韩厂商。
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，是机器人使用的精密传动装置，通常1:1配合电机使用。
由于人形机器人结构更接近人形，每个关节受力更为复杂，对减速器负载和电机响应速度要求更高。
谐波减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波，通过其与刚轮的相互作用，实现运动和动力传递的传动装置。
谐波减速机市占率方面，国内厂商绿的谐波和来福谐波等已实现规模化量产，可实现进口替代，市场占有率提升明显，哈默纳科份额进一步略有收缩。
在RV减速器市场，日本纳博特斯克处于垄断地位，占据了我国市场一半以上的份额，海外主要厂商还包括日本住友等。
国内主要厂商包括双环传动秦川机床中大力德、南通振康、珠海飞马、智同科技等数家企业都在全力发展国产RV减速机产品，但在转动精度和传动效率上距离国外产品尚有一定差距。
目前人形机器人生产规模较小，进入量产后，各家控制器采用自产或外购模式尚不明朗。
一类是主流的大型机器人厂商，自主研发控制器和控制算法，包括ABB、KUKA、发那科、国内的埃斯顿等。
另一类则是专业的控制管理系统厂商，单独售卖控制器，提供可扩展和二次开发的硬件和软件平台，包括KEBA、贝加莱、倍福。国内工业机器人生厂商均自主研发了自家的控制管理系统，包括新松机器人、埃斯顿华中数控新时达、广州数控、汇川技术等公司，也诞生了一批专业的控制管理系统服务商如固高科技英威腾、卡诺普等。控制器的市场占有率基本和机器人本体保持一致。
人形机器人手指关节自由度提升。考虑到人形机器人的仿真性，其手指关节处需要配备体积小且能输出较大力的电机，空心杯电机具备较强契合度。
人形机器人的重点在于替代人的部分工作场景，同时进行更好的交互以辅助人进行工作，因此其会面临更加多样化、更为复杂的应用场景，故赋予其手指关节更高自由度使得其具备抓取、传递等基本功能是关键。
竞争格局来看，海外品牌占据高端市场，国内产品性价比优势显著。空心杯电机作为电机的新的发展趋势，国外厂商也纷纷加强产品布局，如Maxon（瑞士）、Faulhaber（德国）等著名微电机厂商都已经大量申请空心杯电机相关的专利技术。目前，国内不断加速国产替代，该环节主要参与厂商包括江苏雷利鸣志电器、卧龙电气和大洋电机等。
人形机器人需要具备对外界环境的识别能力，实现导航、避障、交互等功能，需要用传感器识别物体、测距等。
机器视觉是AI深度学习的一种应用与技术方向，无论是人形机器人还是智能驾驶都是机器视觉的落地方向之一。
机器视觉的本质是为机器植入“眼睛”，利用环境和物体对光的反射来获取及感知信息。
通过机器视觉代替人眼可以在多种场景下实现多种功能，如读取二维码、确定零部件的装配位置等。
特斯拉最著名的AI算法是其机器视觉中的纯视觉解决方案，该算法在人形机器人的制造中将其延续。
人形机器人的视觉传感器包括ToF深度相机、激光雷达、多目视觉等。其传感器方案和需求场景与无人驾驶存在类似之处，因此价值量较高的无人驾驶类传感器存在新的机遇。无人驾驶传感器厂商、机器视觉厂商都是人形机器人传感器的潜在参与者。
AI处理器芯片能支持深度神经网络的学习和加速计算，相比于GPU和CPU拥有成倍的性能提升，和极低的耗电水平。
具备自研AI处理器的厂商可以为人形机器人的神经网络提供算力支撑，代表厂商包括寒武纪、商汤科技、海光信息等。人形机器人的落地需要下游场景的数据融合，具备AI算法落地的厂商具有比较优势。代表厂商包括科大讯飞海康威视虹软科技云从科技等。
随着所处理的数据指数级的增长，特斯拉由于耗电问题放弃Nvidia A100 GPU作为超级电脑的阵列去做训练，而是凭借自身强大的垂直整合能力，也研发出专注于深度学习训练的Dojo D1芯片。
此外，推断环节相较于训练环节的计算量比较小，但依然会涉及大量的矩阵运算。因此，人工智能芯片将发挥大量作用。
整体而言，人形机器人赛道处于相当早期的阶段，当前并未形成产业化，各大参与者以研发为主，赛道的参与者主要将其定位为基础研究平台。
部分参与者从特定功能需求出发进行开发（搜救、公共导览、居家服务、物流搬运等），以寻求某些特定的程度的落地。
从产业链发展的新趋势来看，全产业链模式有望成为未来工业机器人厂商的重要趋势。
包括在上游核心零部件领域取得技术突破、实现国产替代的厂商；中、下游，“核心零部件生产+本体生产+系统集成”的全产业链模式的厂商将会获得优势竞争地位；为工业设施装上“眼睛”的专注视觉核心技术的厂商等。
国内供应商有望凭借成本优势快速切入“本体+零部件”环节，加速关键技术国产替代的进程，完善产业链相关布局。长久来看，到2030年全球人形机器人市场规模可达万亿规模，有望成为继智能驾驶电动车后又一AI落地场景蓝海，人形机器人产业链各环节有望迎来快速地发展机遇。附：行行查《2022中国机器人产业图谱》亮相阿里云栖大会（附PDF链接）
随着当前人工智能浪潮的爆发，以及全球“机器换人”进程加速，人形机器人有望深入各细分消费端，成为AI下一个重要落地应用场景。2022年，马斯克推出TeslaBot“Optimus（擎天柱）”原型机引爆人形机器人产业链。 特斯拉 发布的人形机器人擎天柱Optimus承接无人驾驶技术，而AI的核心...
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日期 : 2023-12-08 
