市场数据(人民币)
市场优化平均市盈率
18.90 国金机器人指数
1381 沪深300指数
3805 上证指数
3024 深证成指
10779 中小板综指
11289
满在朋 分析师 SAC 执业编号:S1130522030002 manzaipeng @gjzq 陈传红 分析师 SAC 执业编号:S1130522030001 chenchuanhong @gjzq 孟灿 分析师 SAC 执业编号:S1130522050001 mengcan @gjzq 樊志远 分析师 SAC 执业编号:S1130518070003 fanzhiyuan @gjzq 罗露 分析师 SAC 执业编号:S1130520020003 luolu @gjzq 张哲源 分析师 SAC 执业编号:S1130522020002 zhangzhey @gjzq
Optimus 正式发布,人形机器人开启新时代 事件介绍 ⏹ 北京时间2022年10月1日,特斯拉2022 AI Day 上正式发布人形机器人“擎天柱”(Optimus )原型机。本次发布会现场,特斯拉机器人展示了行走、挥手、摇摆等动作,同时分享了其在汽车工厂搬运、给植物浇水、移动金属零件的视频。马斯克表示人形机器人具备一定程度智能化,可以替代体力劳动,有望在3-5年后实现量产,量产后将达到数百万台,其价格可能低于2万美元。 核心观点 ⏹
本次原型机数据披露更为详实,人形机器人发展确定性强。从本次公布数据来看,原型机的身高约173cm ,体重73kg ,较原官方数据增加17公斤。Optimus 拥有合计50个自由度(身体28个,单手11个)。执行系统方面,原型机全身共有28个执行器,共采用6种不同结构单元设计,应对不同载荷需求。同时机器人关节设计加入仿生学理论,如膝盖关节分为4个子电机,和人类膝盖关节/韧带构成类似。Optimus 手部单机数6个,可提起20磅物品。动力系统方面,该产品搭载T esla 自研电池技术,其配备一个带有集成电子设备的2.3kWh 电池组,可支持一整天耗电。感知和计算部分,原型机基本采用特斯拉电动车相同设备,包括其自主研发的芯片集成系统作为“大脑”,以及三颗Autopilot 级别摄像头。 ⏹ 机器人作为下一代智能终端前景广阔,未来10年全球市场空间约14万亿
元。根据IFR 和中国电子学会的数据,按23-30年CAGR 30%测算到2030
年,我国人形机器人市场规模约8700亿元。当前机器人BOM 成本60%-
70%集中在关节、驱动、控制等机身硬件。基础结构件方面,从机器人关节驱动单元和关节设计角度出发,行星减速器、谐波减速器和RV 减速器均存
在应用场景。未来随着机器人智能化程度提升,同样有望增加对芯片、通信
模组、云计算资源等需求。我们认为未来人形机器人产业链有望复刻当下智
能汽车发展路径。对标智能汽车,人形机器人将增加传感器、芯片、智能网
特斯拉电动车联、导航需求,软件占比从当前10%的成本提升至2035年30%以上。
⏹ Optimus 发布有望加速机器人技术迭代升级,推动相关产业链发展。此次
Tesla AI Day 上展示的原型机作为仅开发6-8个月的工程样机,基本符合预期,考虑到其产品迭代开发速度快,对电驱型全尺寸人形机器人的发展有望
持续推动。根据马斯克介绍,特斯拉将继续组装更多机器人投入真实工业场
景(如特斯拉的加州Fremont 工厂)进行测试,从而进一步优化设计。我们
认为,原型机的成功推出将为人形机器人领域注入强心剂,原有自动驾驶优
势和工业机器人供应链厂商资源有望充分受益。
投资建议 ⏹ 建议关注机器人相关核心零部件供应链厂商的供货和技术进展情况,关注国
内厂商在AI 模型、算力基础设施领域的布局进展。建议关注:绿的谐波、
双环传动、三花智控、拓普集团、海康威视、地平线、英伟达、汇川技术、
鸣志电器等。
风险提示 ⏹ 人形机器人技术迭代不及预期风险;产品销量不及预期风险;宏观经济下
行风险。
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2382211008220108220408220708国金行业沪深300
2022年10月07日
国金证券研究所 机器人行业研究 买入
行业点评 证券研究报告
内容目录
1、特斯拉机器人正式发布,产品性能符合预期 (3)
2、点评观点:六大视角看人形机器人相关产业链投资机会 (4)
2.1机械:从特斯拉机器人看减速器投资机会 (5)
2.2电车:Optimus和特斯拉汽车供应链和技术差异性的跟踪与分析 (5)
2.3计算机:从特斯拉机器人看AI视觉投资机会 (6)
2.4电子:从特斯拉机器人看半导体芯片投资机会 (6)
2.5通信:从特斯拉机器人看智能化投资机会 (7)
2.6工控:从特斯拉机器人看伺服电机投资机会 (8)
3、投资建议 (8)
4、风险提示 (9)
图表目录
图表1:Optimus原型机在搬运货物 (3)
图表2:Optimus原型机在汽车工厂移动零件 (3)
图表3:Optimus原型机外形有所变化 (3)
图表4:Optimus基本参数情况 (3)
图表5:Optimus身体具有28个自由度 (4)
图表6:Optimus采用6类执行器 (4)
图表7:Optimus手部拥有11个自由度 (4)
图表8:Optimus膝关节机械结构加入仿生学设计 (4)
图表9:Optimus执行器具体结构 (4)
图表10:Optimus视觉导航技术 (4)
1、特斯拉机器人正式发布,产品性能符合预期
北京时间2022年10月1日,特斯拉2022 AI Day 上正式亮相人形机器人
“擎天柱”(Optimus )原型机。本次发布会现场,特斯拉机器人展示了行
走、挥手、摇摆等动作,同时分享了其在汽车工厂搬运、给植物浇水、移
动金属零件的视频。马斯克表示人形机器人具备一定程度智能化,可以替
代体力劳动,有望在3-5年后实现量产,量产后将达到数百万台,其价格
可能低于2万美元。
图表1:
Optimus
原型机在搬运货物
图表2:Optimus 原型机在汽车工厂移动零件
来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所 来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所 本次发布原型机情况基本符合预期,数据披露更为详细,人形机器人发展
确定性强。从本次公布数据来看,原型机的身高约173cm ,体重73kg ,
较原官方数据增加17公斤。
图表3:Optimus 原型机外形有所变化 图表4:Optimus 基本参数情况
来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所 来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所 执行系统:原型机全身全身具有40个执行器,其中身体共有28个自由度,
分别为肩部 6 个、肘部 2 个、腕部 6 个、腰部 2 个、髋部 6 个、膝部 2
个、 踝部 4 个,对应28个关节执行器,考虑到成本以及节能等问题,共
采用6种结构设计(3种旋转、3种线性),应对不同载荷需求,同时关节
结构加入仿生学设计,如膝盖关节分为4个子电机,和人类膝盖关节/韧带
构成类似。除身体28个自由度外,Optimus 手部设计亮点更为突出,其自
由度11,单手6个执行器,可提起20磅左右物品。
动力系统:高度集成,搭载特斯拉自研电池技术,其配备一个带有集成电
子设备的2.3kWh 电池组,理论电压为52V 。冷却系统特斯拉采用高度集
成充电管理,复用汽车电池的能量管理系统。
感知系统:原型机基本采用Tesla 电动车相同设备,包括其自主研发的芯
片集成系统作为“大脑”,以及三颗Autopilot 级别摄像头。同时,原型机
在手指搭载了具备感知功能的传感器,可以自适应进行抓取。
计算系统:主控芯片采用特斯拉自研SOC 芯片,支持Wifi 、LTE 以及音频
功能,具备硬件级别安全功能。AI 训练芯片将采用DOJO 进行训练。
图表5:
Optimus
身体具有28个自由度
图表
6:Optimus 采用6类执行器
来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所 来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所
图表7:Optimus 手部拥有11个自由度 图表8:Optimus 膝关节机械结构加入仿生学设计
来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所 来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所
图表9:Optimus 执行器具体结构 图表10:Optimus 视觉导航技术
来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所 来源:Tesla AI Day ,国金证券研究所
2、点评观点:六大视角看人形机器人相关产业链投资机会
特斯拉人形机器人正式推出将加快机器人技术渗透,赛道有望保持高景气。
此次Tesla AI Day 上展示的原型机在运动表现上相较于Boston Dynamics
的Atlas仍有差距,但作为仅开发6-8个月的工程样机,其迭代开发速度明
显更快,有望进一步催化电驱型全尺寸人形机器人的发展。根据马斯克介
绍,特斯拉将继续组装更多机器人投入真实工业场景(如特斯拉的加州
Fremont工厂)进行测试,从而进一步优化设计。我们认为,原型机的成功推出将为人形机器人领域注入强心剂,有望加快智能机器人发展速度,
促使相关产业升级。
2.1机械:从特斯拉机器人看减速器投资机会
人形机器人运动设计难度高,本次原型机亮点在于结构驱动。基础结构设计方面,特斯拉机器人可以
量化人体运动轨迹、力度,使得机器人行动更灵敏。研究人员采用与汽车相同的底层技术,让机器人在所有组件中产生压力,使得其行走时控制变得更加容易;机械驱动系统方面,针对不同载荷和运动精细程度的要求,特斯拉采用了不同内部结构和轴承装备方案。
本次原型机采用了高减速比的谐波减速器,虽未公布具体参数,但结合其
定制开发的永磁电机,其公开了电驱动执行器参数可达2.26kg/180Nm。
对比工业机器人用减速器,我们认为人形机器人用减速器存在显著区别。
人形机器人用减速器成本要求和质量要求较高。对大规模量产的人形机器
人来说,成本控制很关键,而人形机器人的关节数量较多,所以对成本更
为敏感。此外,人形机器人减速器对其精度的要求可能和工业机器人有所
差异。工业机器人依赖超高的定位精度,而人形机器人因为有更加智能化
的控制算法,未必通过追求超高精度来实现对机器人的控制,可能更多依
赖力反馈。人形机器人减速器对效率要求也会更高。工业机器人可以带电
线工作,一台机器人的能耗在工厂里占比极低;但人形机器人需带电池工
作,关节效率会直接显著影响人形机器需要的带电量,进而提高机器人的
成本、重量等问题,所以高效率、节能的机器人关节至关重要。
从机器人关节驱动单元和关节设计角度出发,行星减速器、谐波减速器和RV减速器有望先行。在人形机器人应用场景中,单靠电机的扭矩直驱很难实现相应功能,在现有人形机器人方案中,目前特斯拉机器人采用的是高减速比的谐波减速器,Honda Asimo采用的也是类似的设计;美国OSU (俄勒冈州立大学)的Cassie双足机器人采用的是1级或2级行星减速器。
小减速比力矩透明性更高,具有反向可驱动性好,效率高,力矩的线性度
好,惯量小,重量低。而大减速比的优点在于扭矩大,刚度高,扭矩重量
比大。不同机器人的设计侧重不同,因此采用大减速比还是小减速比减速
器主要取决于机器人的功能、空间布局和设计等全局因素。总体来看,我
们认为在保证小尺寸、质量轻的同时能够额定输出较高扭矩的情况下,行
星减速器、谐波减速器以及RV减速器均存在应用可能。
当下减速器市场内资减速器品牌国产替代正在进行。精密减速器作为技术密集型行业,材料、加工工艺、加工设备等方面均存在较高技术壁垒,因此先进入者具备先发优势。当下精密减速器市场仍由德日品牌主导,日系龙头哈默纳科、纳博特斯克分别占据谐波减速器、RV减速器市场60%以上的市场份额,两者产品定位高端,品牌效应明显,与下游客户厂商深度绑定。但近年来,国内减速器市场国产替代趋势明显,内资品牌不断实现技术突破,同时配合下游需求持续扩充产能,逐渐开始切入下游客户,内资份额开始明显提升。我们通过分析哈默纳科与纳博特斯克的发展历程和竞争优势,判断未来谐波减速器、RV减速器等产品具备向多元化、轻量化、机电一体化等趋势发展,因此国内紧随该技术趋势的厂商有望受益。
2.2电车:Optimus和特斯拉汽车供应链和技术差异性的跟踪与分析
供应链方面,电动汽车与机器人供应链存在差异,目前机器人供应链主要集中在海外,国内公司需要进行海外布局,如拓普集团和三花智控等供应商均已经在北美等地建厂。
成本结构方面,人形机器人与特斯拉电动汽车成本结构有所差异,其中电池成本占比较低,2.3kwh电池预计成本为2000-3000元左右。从目前人形机器人公布的运动功耗500w来看,未来机器人的电池路线与电动汽车会有所不同,考虑到机器人的总重量受限,我们认为人形机器人对电池体积能量密度要
求比车载电池更高。
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