作者：永赢先进制造智选基金经理 张璐
6月28日，北京市人民政府办公厅发布《北京市机器人产业创新发展行动方案（2023-2025年）》，接力上海市政府近期发布的机器人政策，给热门的机器人板块再加火力。自从5月份特斯拉人形机器人optimus的闪亮登场，叠加AI行情催化共振，人工智能最强落地点之一的机器人板块开启“暴走”模式。近日在AI板块回调时机器人板块也展示其抗跌属性，截至7月4日，工业机器人及工控系统(中信)(CI005466.WI)近16个交易日上涨21.44%，6月以来远远领跑于AI其他细分赛道。特斯拉首席执行官马斯克称：“未来每个人都会拥有一个人形机器人，这个市场将会超过电动车的需求。”板块火爆的背后，机器人赛道发生了什么？“具身智能”的机器人真的是AI的终极载体吗?
【工业机器人是工具，0到1的人形机器人是下一代智能终端】
机器人技术的研究起始于20世纪中期，得力于基于计算机技术和自动化的发展，工业机器人先行，目前正逐步走向“具身智能”的阶段。目前机器人在工业制造领域已经非常广泛，自动化生产降本增效显著。2022年我国工业机器人市场规模609亿元，为全球第一大市场（IFR、中国电子学会数据）。
人形机器人具有与人类相似的躯干结构与运动能力，具有更强的环境适应能力，更丰富的动作形态，既可以应用于工业领域，也可以应用于商用、家庭领域（如AI管家，操办家务清洁、做饭、照顾老人小孩等），目前发展还属于早期阶段，发展空间广阔。特斯拉首席执行官马斯克曾阐述愿景，“未来人类和人形机器人的比例将不止是1：1，人形机器人可能超过人类数量“。2020年全球人形机器人市场约为5.6亿美元，而到2027年预计市场规模或将达到141亿美元，CAGR达58.5%。其中，2027年中国人形机器人市场有望达到23亿美元，CAGR达56.4%。
目前，人形机器人的发展痛点在于尚不成熟的产品和高要求的应用场景之间的矛盾。人形机器人涉及软硬融合等技术:如本体技术、AI技术，手眼协调、人机交互、SLAM与导航等融合技术。运动控制软件与硬件之间的复合能力是人形机器人核心痛点，目前展示的部分机器人还存在动作僵硬、下肢运动不稳定、容易摔倒、关节扭矩技术无法等同人类关节的扭矩密度等情况。另外目前人形机器人还处于初期阶段，高企的成本依赖于大规模量产和多方位技术迭代，因此应用场景不太明确。未来随着硬件环节持续迭代升级，AI深度强化学习、仿真+AI大模型的应用，运动能力、步态控制等有望优化。另一方面，随着国产供应链升级替代，成本有望进一步下降带来商业化落地放量，应用场景也将迸发出生机活力。
【AI的发展给人形机器人注入灵魂，“具身智能”的人形机器人是AI好搭档】
英伟达创始人黄仁勋表示：AI下一个浪潮将是“具身智能”。“具身智能”指像人一样能够与环境交互感知、自助规划、决策、行动、执行任务的机器人。人形机器人是人工智能的最强落地方式之一，是AI的一个好搭档，承担AI的输出窗口的作用。人形机器人包含人机交互、环境感知、运动控制三大核心能力，都与AI的发展息息相关。人机交互系统作为人形机器人的“大脑”，机器人可以通过深度学习、自然语言处理等技术来实现语音识别、图像识别、自主导航等功能，人形机器人能够更加自然、准确的理解人类情感，在精神陪伴和物理陪伴需求日益增加的背景下有稀缺价值。另外多模态学习可以聚合多源数据的信息，比如gpt4、PaLM-E的多模态训练，大大提高决策总体的准确率。同时AI也能更快解决运动控制的问题，运动控制关键在算法迭代，运动控制技术领先的波士顿动力公司采用模型预测控制（MPC），即构建机器人动力学模型来预测机器人未来的动作。另一方面，例如英伟达、谷歌、腾讯等公司都在推进虚拟环境调试，能够大幅提高训练的效率。总体来说，AI的发展将进一步提高机器人的智能化水平，有望为机器人领域带来更多的发展机遇。
【商业化落地的量产需求下，国产零部件降本替代正当时】
2022年上半年受宏观经济下行、俄乌战争等多方面因素影响供给端交付，下半年供应链压力缓解，随着工业机器人需求稳增和国产化率稳步提升下，2022年工业机器人板块整体业绩稳健增长。根据MIR睿工业统计，2022年我国工业机器人市场销量达28.2万台，同比增长约10%。2022年工业机器人板块13家上市公司营业收入同比增长14.10%。若剔除某公司商誉资产减值的极端影响，工业机器人板块实现归母净利润13.18亿元，同比高增18.4%。2023年随着工业生产的稳步复苏，工业机器人产量今年来首次实现同比正增长，1至5月工业机器人累计产量为18万，同比增长5.3%。考虑到特斯拉Optimus未来量产规划和降本诉求，国产相关零部件有望通过高性价比和降本优势替代海外供应链。以产业化程度较高的工业机器人为例来看，工业机器人中技术难度最高的三大核心零部件分别是减速器、伺服系统、控制器，三者分别占工业机器人成本构成的35%、25%、10%。我们认为从硬件角度来看，电机驱动、减速器、传动设施及传感器为人形机器人核心成本构成。
减速机作为机器人的核心精密零部件，技术壁垒高。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。主流的精密减速器包括谐波减速器、RV减速器等，谐波减速器凭借体积小、质量小、减速比大、扭矩密度较高、轴向尺寸小等特点更适合于人形机器人应用，如“无框电机+双编码器+力矩传感器+谐波减速器”方案。例如特斯拉机器人配套了全身40个运动执行单元，假设使用20个谐波减速机，随着人形机器人发展到消费品级别的产品，中性假设下减速机的市场空间增量为125亿元，人形机器人将给减速机带来需求空间增长。
从目前谐波减速器竞争格局来看，日企A为全球寡头，全球市占率超8成，我国谐波减速器方面虽然起步较晚，但国产谐波减速器龙头公司B在减速比、输出转速、传动精度等方面已经较国外有明显的差距收敛，并且市占率仅次于日企A。公司B绕开日企A技术封锁，自研P型齿理论，其设计的P型齿承载能力更强，自研的DNG柔性轴承也具有高性价比。由于技术路线不同及人工费用差异，B公司的谐波减速器单位成本明显低于日企龙头，即使是在产品均价很低的情况下，其毛利率在近三年仍高于日企龙头约10%。B公司在墨西哥的合资子公司也有望成为特斯拉墨西哥超级工厂的重要供应商，随着公司募投项目的稳步推进，产能的扩大将逐步抢占国内与国际市场。B公司的谐波减速器已经配套国内人形机器人优必选，未来有望承接更多服务机器人机会。
人形机器人的商用属性要求其具备更加灵活的应用场景，其手指应具备更高的自由度。此外，人形机器人的手指空间狭小，因而人形机器人手指关节需配备更多小型化且能够输出较大力的电机。属于直流永磁伺服电动机的空心杯电机完美契合人形机器人对应手指关节轻量化、高精度等需求。空心杯电机在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子这种新颖的结构，彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。相比普通电机，空心杯电机具有能量转换效率较高，起动、制动迅速，响应较快和运行稳定性可靠，转速的波动较小等优势，因此适合需要快速响应的系统。特斯拉Optimus机械手采取空心杯电机+腱绳驱动的方式，从而满足手部运动的快速响应需求。空心杯电机市场长期被外资垄断，随着国产厂商的量产工艺水平不断突破，产品性能参数如转速、转矩、响应速度、重量、电机效率上已可以与海外空心杯电机巨头对标，并且性价比优势显著。例如国产企业C公司的空心杯电机单价仅为海外巨头同类产品的四分之一，所产的混合式步进电机的市场份额稳居全球前三，打破了日企垄断。其直流无刷电机、交流伺服电机、空心杯电机技术亦在全球居于前列水平。C公司高度重视研发投入，并通过对三家海外优质运控企业的收购切入了价值量更高的空心杯电机市场，2022年海外收入占总收入比例超过48%，已在全球移动服务机器人等运动控制自动化尖端技术应用领域占有重要的市场份额。诸如此类的公司，在人形机器人走入量产的道路上将吸引众多人形机器人的客户，迎来新一轮的发展机遇。
机器人的闪耀登场远不止解放双手那简单，未来的世界里或许每个人都不止有一个人形机器人，无论从情感陪伴还是物理支持都将全方位赋能人类的生活。从0到1的突破里，AI和机器人珠联璧合，“具身智能”的人形机器人是AI的绝佳载体。人形机器人可能是未来不可多得的——如同当年消费电子中苹果产业链、特斯拉电动车产业链——现象级的长坡厚雪大赛道。我们认为传统机器人中技术壁垒高、成本占比较大的环节值得关注，如控制器、伺服电机和精密减速器等，另外AI技术革命带来的机器人智能化新趋势环节如传感器、视觉、语音交互等板块也有望迎来上升机会。对于中下游可能有爆发式需求增长的领域，工业机器人中的国产化渗透率提升和人形机器人的星辰大海，都将带来属于新时代的投资机遇。
风险提示:基金有风险，投资需谨慎。以上观点仅供参考，所提及上市公司及个股仅作为举例说明，不构成任何推介或投资建议。
