天工人巧日爭新證券研究報告證券研究報告證券研究報告人形機器人到達發展奇點：全球又進入新一輪科技涌現期，AI助力下海外人形機器人研發不斷迭代更新，同時國內人形機器人產業也迅速發展，小米、優必選、達闥、追覓、宇數、智元、伊艾克斯、博實股份（排名不分先后）等多家優秀人形機器人公司開始不斷涌現。運控算法迭代，機器人走好第一步：谷歌deepmind團隊推出RT-2，李飛飛團隊開發具身智能等系列運控算法推陳出新，大模型、深度學習等前沿內容逐步深入機器人運控算法。多模態大模型主力下，人形機器人產業化進程有望加速。硬件設計方案與選擇呈現多元化趨勢：電機、減速器方案，傳感器方案、外觀結構方案多樣化，根據應用場景與應用需求不斷調整。風險提示：1）機器人新產品研發及拓展不及預期的風險；2）下游需求不及預期的風險證券研究報告 01人形機器人產業沿革及進展 02 03硬件設計方案與選擇 04風險提示證券研究報告2人形機器人產業沿革及進展證券研究報告達闥人形雙足機器人XR4“七仙女”搭載海睿云端大腦操作系統，集成了多模態大模型達闥人形雙足機器人XR4“七仙女”搭載海睿云端大腦操作系統，集成了多模態大模型RobortGPT，創新性的引入了并聯驅動結構的智能柔性關節技術。具備多模態融合感知、認知、決策和行為生成能力，實現高性能的具身智能；機器人實現平衡站立、優美步態、靈巧雙臂和雙手操作。人形機器人本體情況匯總技術方案技術方案TeslaBot人形機器人“擎天柱”（Optimus）全新型號結合AI技術，具有極強算力的DOJOD1超級計算機芯片，配合特斯拉自創的高帶寬、低延遲的連接器，算力高達9PFLOPs。不僅會模仿人類動作，還可以完成物品分類、抓力控制等更復雜的任務。特斯拉優必選博實股份傅利葉WalkerXWalkerX身高130cm、體重63kg，能夠進行類人步態行走，最高時速為3km/h；機器人實現了“模塊化”；可拆卸電池。宇樹通用人形機器人H1采用輕量化材料設計，專門為H1人形機器人設計了扭矩密度更高的M107關節電機。宇樹通用人形機器人H1整身擁有19個自由度，行走姿態輕盈穩健宇樹通用人形機器人H1采用輕量化材料設計，專門為H1人形機器人設計了扭矩密度更高的M107關節電機。扭矩達到了360N·m，并且配合中空軸線和雙編碼器。人形雙足機器人遠征A1全身49個自由度。自研的PowerFlow使用準直驅關節方案，搭配高力矩透明度行星減速器、共軛同軸雙編碼器、一體液冷循環散熱系統，以及自研的矢量控制驅動器，峰值扭矩超過350NM，而重量僅為1.6KG。遠征A1身高175cm，重量53kg，最高步速可達7km/h，在雙足行走、智能任務、人機互動等領域展現出業界領先的能力。追覓自研伺服電機內含60多個零件，集成了電機、驅動器、減速器及雙編碼器，最大輸出力矩可達32Nm，最大轉速220RPM，力矩帶寬＞1kHz。突破SLAM、ToF激光雷達、結構光等算法核心技術，增強了場景識別和語義理解能力。-機器人涉及仿真皮膚、機械結構、柔性機器人關節、運動控制等多項研發，是未來應用于遠程教學、直播等場景的雛形。-目前計劃核心零部件自主完成，已有很好的技術儲備。-傅利葉智能在康復機器人領域的產品矩陣已經基本成型?！癈yberOne”高1.77米，重52kg。CyberOne全身13個關節“CyberOne”高1.77米，重52kg。配備Mi-Sense深度視覺模塊；面部的曲面OLED模塊可以顯示實時交互信息。資料來源：各公司公眾號、官網（引用后文資料），民生證券研究院整理證券研究報告4 1.1特斯拉bot加速人形機器人賽道爭奪戰2023年5月特斯拉展示了TeslaBot人形機器人“擎天柱”（Optimus）的全新型號。該款人形機器人不僅會模仿人類動作，還可以完成物品分類、抓力控制等更復雜的任務。該款人形機器人結合了特斯拉的AI技術，即基于視覺神經網絡神經系統預測能力的自動駕駛技術，具有極強算力的DOJOD1超級計算機芯片，Dojo架構擁有一個大規模計算平面，極高寬帶和低延遲。作為Dojo架構的重要組成部分，D1芯片采用7納米制造工藝，處理能力為每秒1024億次。由于每個D1芯片之間都是無縫連接在一起，相鄰芯片之間的延遲極低，訓練模塊最大程度上實現了帶寬的保留，配合特斯拉自創的高帶寬、低延遲的連接器，算力高達9PFLOPs（9000萬億圖表：Optimus實物資料來源：Tesla，民生證券研究院資料來源：快科技，資料來源：Tesla，民生證券研究院55優必選科技在2012年成立前就開始投入人形機器人的研發，至今已超過11年。2016年優必選搭建Walker原型機，2018年發布第一代大型雙足仿人服務機器人Walker，迄今已經過四次迭代，2021年發布人形服務機器人WalkerX。WalkerX身高130cm、體重63kg，具有41個高性能伺服驅動關節，能夠進行類人步態行走，最高時速為3km/h；面部160°環繞4.6K高清雙柔性曲面屏，靈動酷炫的四維燈語體系；機器人的頭部、手掌、電池都可以快速拆卸和組裝，實現了“模塊化”；配備便捷可拆卸電池。資料來源：優必選，民生證券研究院66 8月16日至22日，達闥人形雙足機器人XR4“七仙女”亮相2023世界機器人大會，這款人形雙足機器人由達闥全棧自研，搭載海睿云端大腦操作系統，集成了多模態大模型RobortGPT，擁有接近人類的智慧，使其成為“具身智能”的代表之作。同時，“七仙女”還創新性的引入了并聯驅動結構的智能柔性關節技術，通過基于標準化、模塊化、高產量、低成本的智能柔性關節SCA，解決了人形雙足機器人關鍵零部件“卡脖子”問題?！捌呦膳敝С謱崟r接入達闥云端大腦，通過多模態大模型RobotGPT賦能，具備多模態融合感知、認知、決策和行為生成能力，實現高性能的具身智能，以接近人類智慧的能力開展工作；基于數字孿生的深度強化學習完成自主智能訓練，生成機器人多種步態和動作，實現平衡站立、優美步態、靈巧雙臂和雙手操作。圖表：達闥XR4“七仙女”機器人資料來源：達闥公眾號，民生證券研究院整理資料來源：人民政協網，民生證券研究院整理證券研究報告 8月15日晚，宇樹正式宣布進軍通用人形機器人領域，發布旗下首款通用人形機器人產品H1。從已公布的數據來看，H1人形機器人采用輕量化材料設計，整體重量只有47kg，整身擁有19個自由度，行走姿態輕盈穩健，尤為突出的H1腿部關節電機部分，峰值扭矩達到了360N·m，并且配合中空軸線和雙編碼器。據宇樹研發工程師透露，為適配大負載，高密度，大功率的需要，宇樹專門為H1人形機器人設計了扭矩密度更高的M107關節電機。資料來源：資料來源：Unitree宇樹科技公眾號，民生證券研究院資料來源：Unitree宇樹科技公眾號，民生證券研究院資料來源：Unitree宇樹科技公眾號，民生證券研究院8 8月18日，智元機器人舉辦發布會，稚暉君與團隊一起發布了人形雙足機器人遠征A1。遠征A1身高175cm，重量53kg，最高步速可達7km/h，全身49個自由度，整機承重80kg，單臂最大負載5kg。不僅在形態上與人類相似，遠征A1更在雙足行走、智能任務、人機互動等領域展現出業界領先的能力。“遠征A1是智元的第一代通用型具身智能機器人，未來可在各種復雜場景下自主完成移動和操作任務。我們致力于將先進的機器人和AI技術與人類生活以及生產制造緊密結合，讓機器人成為人類的得力助手?！敝窃镜穆摵蟿撌既酥蓵熅诎l布會上表示。智元自研的PowerFlow使用準直驅關節方案，實現了低齒槽轉矩設計，搭配10速比以內的高力矩透明度行星減速器、共軛同軸雙編碼器、一體液冷循環散熱系統，以及自研的矢量控制驅動器，峰值扭矩超過350NM，而重量僅為1.6KG。資料來源：新智元公眾號，民生證券研究院資料來源：新智元公眾號，民生證券研究院資料來源：新智元公眾號，民生證券研究院·99 2023年3月28日，追覓通用人形機器人首次亮相。智能算法方面，追覓科技突破SLAM、ToF激光雷達、結構光等算法核心技術，增強了場景識別和語義理解能力。同時，得益于追覓科技在掃地機器人上擁有豐富的目標檢測與識別、多傳感器感知融合處理策略、導航定位及地圖管理與應用經驗，包括地圖語義理解自動分割、航點導航等技術，在智能送餐機器人、無線泳池清潔機器人、四足機器狗及通用人形機器人研發過程中，實現了高效技術復用。電機方面，追覓科技具有伺服電機自主設計開發以及生產制造能力。據介紹，追覓科技自研伺服電機內含60多個零件，集成了電機、驅動器、減速器及雙編碼器，其中減速器部分采用高強度鉻鋼，主體結構部分采用鋁合金和鎂合金，最大輸出力矩可達32Nm，最大轉速220RPM，力矩帶寬＞1kHz，具備快速響應能力，能夠實現對機器人關節力度和精度的精準控制。圖表：追覓機器人靈巧手圖表：追覓機器人拉花資料來源：追覓機器人公眾號，民生證券研究院整理資料來源：追覓機器人公眾號，民生證券研究院整理資料來源：追覓機器人公眾號，民生證券研究院整理資料來源：追覓機器人公眾號，民生證券研究院整理 在2023世界機器人大會中，EX機器人是唯一參展的仿生人形機器人企業。EXROBOT作為國內領先人形機器人品牌，將在今年大會期間展示領先的前沿技術、核心零部件、“人形機器人+”應用場景，具體包括機器人柔性電機、動態臉墻、人形機器人酒吧、人形機器人靈巧手等。同時，還將發布最新多模態人機交互人形機器人產品，展示領先的人形機器人前沿技術，引領仿生人形機器人發展方向。EX機器人聯合創始人李博陽介紹，這些機器人涉及仿真皮膚、機械結構、柔性機器人關節、運動控制等多項研發，是未來應用于遠程教學、直播等場景的雛形。資料來源：EXROBOTS，民生證券研究院資料來源：EXROBOTS，民生證券研究院證券研究報告博實股份8月18日晚間公告，公司與哈爾濱工業大學簽訂《戰略合作框架協議》，共同設立人形機器人關鍵技術及原理樣機產業化研發項目，并在未來共同推進相關技術成果和產品的產業化。在回復“公司與哈工大合作研發人形機器人，人形機器人的核心零部件，計劃自主還是外采？”問題時，博實股份稱，考慮到相對極限的設計技術指標和性能，目前計劃核心零部件自主完成，已有很好的技術儲備。資料來源：博實股份官網資料來源：博實股份官網，民生證券研究院證券研究報告資料來源：博實股份官網，民生證券研究院傅利葉是國內康復機器人頭部企業。目前，傅利葉智能在康復機器人領域的產品矩陣已經基本成型，包括上肢、下肢、運動與平衡以及物理治療；自主研發的ArmMotus?EMU三維上肢康復機器人、ExoMotus?下肢康復機器人、運動與平衡訓練系統、物理因子治療系列等產品，針對身體不同部位，融合多種康復類型，提供從急性期、穩定期到恢復期的全周期同質化康復治療，顯著提升康復效率。7月6日，2023世界人工智能大會開幕式上，傅利葉智能在重大創新成果首秀環節發布了最新研發的一款通用人形機器人GR-1。資料來源：傅利葉，民生證券研究院圖表：傅利葉第一款通用人形機器人GR-1資料來源：澎湃新聞，民生證券研究院2022年8月小米發布公司首個全尺寸人形仿生機器人“CyberOne”，高1.77米，重52kg，內部名稱“鐵大”。CyberOne配備Mi-Sense深度視覺模塊，搭配AI算具備感知3D空間并識別個體、手勢和表情的能力；憑借自主研發的MiAI環境語義識別引擎和MiAI語音情感識別引擎，CyberOne可識別85種環境聲音和45類人類情感；面部的曲面OLED模塊，可以顯示實時交互信息。人形機器人尚需突破多項關鍵技術，小米持續耕耘。小米“極度看好智能機器人在生活、工作中的應用”，目前人形機器人的成本每臺大概六、七十萬元，尚無法實現量產；2023年4月21日，小米在北京投資5000萬元設立北京小米機器人技術有限公司，持續耕耘人形機器人板塊。圖表：小米CyberOne發布資料來源：小米，民生證券研究院資料來源：小米，民生證券研究院資料來源：小米，民生證券研究院證券研究報告運控算法迭代，機器人踏出第一步證券研究報告 7月29日，谷歌旗下的AI研究機構DeepMind發布了RT-2。RT-2表明，將視覺語言模型(VLM)預訓練與機器人數據相結合，可以將視覺語言模型(VLM)轉化為強大的視覺語言動作(VLA)模型，從而直接控制機器人。通過基于PaLM-E和PaLI-X的兩個VLAs實例，RT-2產生了高度改進的機器人策略，更重要的是，從網絡規模的視覺語言預訓練中繼承了顯著更好的泛化性能和應急能力。RT-2不僅是對現有VLM模型的簡單有效的修改，該甚至機器人可以推理，解決問題，并解釋在現實世界中執行各種任務的信息。圖表：可以控制機器人的視覺語言動作(VLA)模型圖表：RT-2架構和訓練資料來源：GoogleDeepmind，民生證券研究院資料來源：GoogleDeepmind，民生證券研究院資料來源：GoogleDeepmind，民生證券研究院2023年7月，李飛飛團隊發布具身智能研究成果，大模型接入機器人，把復雜指令轉化成具體行動規劃，無需額外數據和訓練。RT-2不僅是對現有VLM模型的簡單有效的修改，而且還顯示了構建通用物理機器人的承諾，該機器人可以推理，解決問題，并解釋在現實世界中執行各種任務的信息。根據RGB-D對環境的觀察和語言指令，LLM生成與VLM交互的代碼，以生成基于機器人觀察空間的一系列3D功能圖和約束圖(統稱為值圖)(a)。然后，合成的值圖作為運動規劃者合成機器人操作軌跡的目標函數(b)。整個過程不涉及任何額外的訓練。資料來源：資料來源：VoxPoser，民生證券研究院整理8月15日，宇樹發布人形機器人H1，具備走路、預判躲閃、干擾后復位、小跑等運動能力。目前H1人形機器人的行走和平衡均是通過自主計算來完成的，沒有人為干預介入。宇樹在H1人形機器人上面也集成了AI大模型，來提升與人類的交互水平。宇樹H1感知傳感器配置為3D激光雷達＋深度相機，控制和感知算力選用2xlntelCorei7-1265U。資料來源：資料來源：Unitree宇樹科技公眾號，民生證券研究院資料來源：Unitree宇樹科技公眾號，民生證券研究院資料來源：Unitree宇樹科技公眾號，民生證券研究院8月22日，智元人形機器人遠征A1。AgiROS是智元自研的一套機器人運行時中間件系統AgiROS秉持輕量、易用、高性能、高擴展性等原則，遵循現代的開發范式，提供多種語言的接口，以插件形式兼容主流生態，包括ROS、ROS2等機器人開發生態、GRPC、HTTP等云服務生態。智元的具身智腦El-Brain架構中，把機器人的思維系統分為云端的超腦、端側的大腦、小腦，以及腦干幾層，分別對應機器人任務級、技能級、指令級以及伺服級的能力。并且基于任務數據反饋，El-Brain具備在機器人任務執行過程中不斷自我學習強化的能力。與傳統Al技術不同，智元的Work-GPT充分應用了語言和圖像大模型龐大的先驗知識庫和強大的通識理解能力，并實現了復雜的語義多級推理能力，即“思維鏈”。資料來源：智元機器人公眾號，民生證券研究院資料來源：智元機器人公眾號，民生證券研究院03.硬件設計方案與選擇證券研究報告20力傳感器力傳感器力傳感器可分為一維傳感器和多維傳感器，根據感力原件的不同，傳感器主要分為三類：應變式力傳感器、光學式傳感器以及壓電式力傳感力傳感器是機械、電子、算法、計量融合的復雜交叉學科，技術壁壘較高。多維力傳感器能夠實現更精細的工作需求。利用傳感器的路徑記錄功能，操作員可以簡單地抓住臂端裝置并進行預期的移動。傳感器記錄操作員施加的力和方向，然后機器人就可以重復操作員的動作。這將極大地提高工作效率，同時將有助于保障操作工人的安全。力傳感器的重要部件包含彈性體和應變片，彈性體制造質量直接影響到傳感器的測試性能指標，因此，彈性體的制造是力傳感器生產的重要環節。力傳感器的生產流程主要包含彈性體加工及后處理工藝。證券研究報告21 機器視覺系統是指用計算機來實現人的視覺功能，即用計算機來實現對客觀的三維世界的識別。當前主流的的視覺方案分為飛行時間（TOF）法、立體視覺法、結構光法。綜合分析特斯拉、優必選、小米、波士頓動力，綜合本與性能考慮，目前人形機器人中主要采用TOF法與立體視覺法。視覺傳感器分為消費級與工業級，不同情形下單價有差異。消費級3D視覺方案對于精度的要求更低，對成本的控制更為嚴格。工業級機器視覺由于各廠商內部情況和應用場景不同，定制化程度更高，對技術、精度、穩定性等的要求也更高，工業中的機器視覺單元主要由工業相機、圖像采集卡、圖像處理器構成。圖表：機器視覺系統構造資料來源：《2022年中國機器視覺產業發展白皮書》，民生證券研究院證券研究報告22 一個IMU通常包含三個軸向的陀螺和三個軸向的加速度計，以測量物體在三維空間中的角速率和加速度。IMU傳感器：人形機器人借助實現定位、平衡及姿態檢測。目前人形機器人中需要采用IMU慣性傳感器。根據精度要求，IMU可分為消費級、工業級、戰術級，根據原理的不同也可分為MEMSIMU，光纖IMU，其中自動駕駛或人形機器人一般采用工業級的MMESIMU即可，價格帶在數百元至數千元。IMU難點主要在解決誤差和提高精度。MEMSIMU的誤差一是來源于慣性傳感器自身的誤差，二是IMU在集成過程中產生的誤差。而上述兩種誤差又可分為系統誤差和隨機誤差。圖表：MEMS陀螺儀內部結構資料來源：知乎，民生證券研究院資料來源：知乎，民生證券研究院資料來源：芯動聯科招股書，民生證券研究院23資料來源：華強電子，民生證券研究院 電子皮膚是一類柔韌、可拉伸、能夠自我修復的電子產品，它能夠模仿人類或動物皮膚的功能。電子皮膚通常具有感知能力，它旨在重現人類皮膚響應環境因素變化的能力（如熱量和壓力的變化）。電子皮膚可以為機器人提供精細的力學反饋,幫助機器人完成準確的抓握和操縱任務。電子皮膚既將靈活的機械特性和傳感器成功結合，又具有自我修復能力。資料來源：澎湃新聞，民生證券研究院資料來源：小米官網，民生證券研究院證券研究報告24 行星減速器是一種動力傳達機構，利用齒輪的速度轉換器，將馬達的回轉數減速到所要的回轉數，并得到較大轉矩的機構。行星減速機體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長、運轉平穩，噪聲低。具有功率分流、多齒嚙合獨用的特性。資料來源：百度百科，民生證券研究院資料來源：深圳維動自動化設備，民生證券研究院2521.00%21.00%諧波減速器是人形機器人的重要核心零部件。減速器是常用作原動件與工作件之間的減速傳動裝置，在二者之間起到匹配轉速、傳遞扭矩的作用，常見的有RV減速機、諧波減速機等。由于諧波減速器具有體積小、重量輕的優點，因此是人形機器人的優質選擇。國產替代持續進行，哈默納科仍是國內市占第一。哈默納科在全球范圍內諧波減速器領域處于市場主導地位，依靠長期的研發技術積累、規?；纳a能力、穩定的產品質量和性能持續保持競爭力。但近年來，隨著國內諧波減速器技術的突破，國產化進程不斷推進，2021年國內市場占有率已經超過45%，未來有望繼續提高。來福諧波13.00%8.00%51.00%7.00%51.00%18.06%37.03%4.06%4.73%9.00%21.03%6.09%21.03%綠的諧波綠的諧波10.28%35.51%4.24%35.51%4.45%5.70%7.40%24.72%7.69%24.72%資料來源：高工機器人，《工業機器人減速器市場分析與產業供需格局研究報告》，民生證券研究院26 絲杠具有滑動摩擦系數較小、高效率、長壽命、可逆轉、易于控制的特點，使其在機械傳動中被廣泛絲杠按其摩擦特性可分為三類：即滑動絲杠、滾動絲杠及靜壓絲杠。導軌與絲杠成套運行，導軌用于實現支撐和導向。常用導軌種類包括滑動導軌、滾動導軌、靜壓導軌等。圖表：滾珠絲杠、滾柱絲杠、梯形絲杠的特點對比圖表：主資料來源：上銀科技，民生證券研究院靜壓導軌靜壓導軌一般滑動導軌滾動導軌塑料導軌液體靜壓氣體靜壓定位精度高高高高高低摩擦性大小運動平穩性低速易爬行好好好好抗振性能成本低高資料來源：知乎，深圳合發齒輪機械公眾號，南通威昂傳動科技有限公司官方賬號等，民生證券研究院資料來源：知乎，深圳合發齒輪機械公眾號，南通威昂傳動科技有限公司官方賬號等，民生證券研究院資料來源：《機電一體化技術》，民生證券研究院證券研究報告27 常見電機可分為直流與交流電機、有刷與無刷電機、同步與異步電機?？招谋姍C——機器人的手指執行器。屬于直流永磁伺服電動機的空心杯電機完美契合人形機器人對應手指關節輕量化、高精度等需求。直驅電機在部分承力較大的關節大扭矩是不錯的選擇。直驅電機是直接驅動式電機的簡稱，不需經過傳動裝置（如傳動皮帶等），可以分為旋轉直驅電機或直線直驅電機兩類。與非直驅電機相比直驅電機剛性高，系統控制帶寬高，系統響應迅速，精度更高，具有較高的能源效率，且減少了維護工作量，可靠性更高。資料來源：找磁材、民生證券研究院資料來源：東莞市泰萊自動化、民生證券研究院資料來源：北京博創興盛機器人、民生證券研究