电力设备及机器人主题深度研究报告（附下载）
今天分享的是储能系列深度研究报告：《 电力设备及机器人主题深度研究报告》。（报告出品方： 华福证券）报告来源于公众：
• 机器人的发展跟随制造业自动化程度不断的提高，从最早的单任务起重机式臂到机器人，再到能够与人直接交互的协作机器人， 再发展到和AI结合的人形机器人。在各行各业数字化转型的巨大需求牵引下，机器人在汽车制造、电子制造、仓储运 输、医疗康复、应急救援等领域的应用不断深入拓展，推动机器人产业持续蓬勃发展。
• 机器人大范围的应用于我国各行各业中，一般将其分为三类：工业机器人、服务机器人、特种机器人。工业机器人在汽车、电子、 金属制作的产品、塑料及化工产品等行业已得到了广泛的应用；服务机器人在建筑、教育领域需求牵引下，不断拓展应用场景和服务模式；特种机器人在极端环境、危险作业等场景下的操作能力大幅增强，在太空探测、深海探索、应急救援等应用领域有望快速发展
• 当机器人的轴数增加，机器人就有更高的灵活性。四轴SCARA机器人是特别为高速取放作业而设计的，有4个自由度，而六 轴机器人有6个自由度，提供了更高的生产灵活性，六轴机器人最初大规模应用在汽车行业，多以负载20kg型号为主，随着六轴机器人逐渐向3C电子、金属加工、餐饮、新能源等行业扩展，负载20kg的小六轴出货量逐渐提升。
• 人形机器人和工业机器人方案类似，传动部分有减速器、伺服电机、齿轮箱，控制部分为机器人的整机控制器，驱动方式主 要是电机驱动。特斯拉机器人共有40个关节，包括28个关节驱动单元和12个高灵敏度要求的手部关节。
• 2000年本田公司研发了第一代人形机器人ASIMO，随后丰田、波士顿动力、特斯拉等公司参与进来，国内厂商优必选、小 米、傅利叶也纷纷入局，加大研发，不断丰富应用场景。但人形机器人的研发周期较长，需要持续不断的、大量的资源和资 金投入，国内走在前列的优必选在其招股书中披露22Q1-Q3亏损7.78亿元，对标电动车发展初期，降本成行业的首要问题。
• 另一方面，人形机器人的难点在于交互能力、通用AI的能力，对人体的仿生学和动力学要求高。更擅长加工精度和重 负载的传统工业机器人厂商（ABB、Kuka、Fanuc、安川），优势迁移存在一定难度，从AI控制算法这一角度，以特 斯拉为代表的软件能力强的企业具备相当大的优势，有希望复刻电车电池行业快速的降本曲线，带动人形机器人产业发展。
• “通用AI（AGI）”指的是在任何人类的专业领域内具备相当于人类智慧程度的AI。2023年5月，在ITF World 2023半 导体大会上，黄仁勋表示人工智能的下一个浪潮将是具身智能（embodied AI），即能理解、推理、并与物理世界互动的智能 系统。随技术和产业高质量发展，装有AI大模型“大脑”、运动能力很强的人形机器人有望从事多种工作，包括家政服务、养老陪 护、教育、医疗、设施巡检、抢险救灾等。
• 大模型和云端训练大幅地提升了软件设计和模拟的生产力。将智能算法与机器人的感知、行动和环境交互等能力结合，使机 器人以更自然、更智能的方式与旁边的环境进行交互并完成各种任务。傅利叶智能在WAIC 2023上发布的通用人形机器人GR1全身40个自由度，具备敏捷避障、上下坡行走、与人协同等能力，它们能理解各种自然语言指令，与人类很好地沟通； 由于体型接近人类，它们视野开阔、能用工具，在很多场景下将成为人的替身。
• 我国机器人产业2020年营业收入突破1000亿元，《“十四五”机器人产业高质量发展规划》提出产业向中高端迈进，目标到2025年 机器人产业营业收入年均增速超过20%。山东、深圳、北京等地陆续发布人形机器人相关行动方案，面向3C电子制造、新能源 汽车生产等典型场景，突破复杂运动控制、定位导航、视觉处理和精细操作等技术瓶颈，推动人形机器人工程化和产业化。
• 特斯拉人形机器人的目标是帮助人们完成枯燥重复或危险的任务，集中在仓储运输、采矿伐木、家庭服务、服务业等领域。从潜在替代行业的角度看，根据美国劳工局统计的就业和平均薪水数据，针对不一样的行业在2030年的潜在替代空间，乐观和悲观市 场空间预测分别为567/244亿美元，在硬件成本下降后有望加速替代。从补充劳动力缺口的角度看，假设按照2030年105万台 空间的计算（替代美国210万劳动力缺口的50%），对标特斯拉人形机器人远期价格降至约2万美元，市场规模达210亿美元。
• 2021年8月第一届Tesla AI Day上，特斯拉发布了首款人形机器人“擎天柱”（Optimus）的概念图，该人形机器人身高5英 尺8英寸，重125磅，具有45磅的承载能力和150磅的硬拉能力，其控制将通过类似于电动汽车智能算法进行。2022年2月推 出原型机，在2022年10月AI Day亮相接近于完整体的新一代人形机器人，2023年7月亮相世界人工智能大会。
• 特斯拉发布的最新一代Optimus在身体机械部分有28个关节（14个旋转执行器+14个线）。
• 特斯拉人形机器人的灵巧手在设计中模仿了人手，拥有自适应抓取能力。手部结构为五指多关节，拇指采用双电机驱动弯曲 和侧摆，其它四指各一个电机。共计6个执行器、11个自由度，负荷20磅，能够自适应抓取角度，具备工具使用能力、小物 件精准抓握能力。
1.Optimus身体共计28个执行器，包括三种旋转执行器和三种线性执行器
• 根据图示统计，特斯拉人形机器人全身的28个执行器分布在肩部（6个）、肘部（2个）、腕部（6个）、躯干（2个）、髋部 （6个）、膝部（2个）、踝部（4个）。旋转执行器和线个。
• 注：Yaw、Roll、Pitch用来区分绕y轴（垂直）、z轴（前后）、x轴（水平）旋转。
• Tesla Optimus的旋转关节方案：无框电机+谐波减速器+扭矩传感器+位置传感器+轴 承（角接触球轴承+交叉圆柱滚子轴承）+编码器。特斯拉同步展示了其执行器产品组 合，包含了3个不同扭矩的旋转减速器，分别为20Nm/110Nm/180Nm。
• Tesla Optimus的线性关节方案：无框电机+行星滚柱丝杠+力矩传感器+位置传感器+轴承 （四点接触球轴承+深沟球轴承）+编码器。特斯拉同步展示了其执行器产品组合，包含了3 个不同力矩的线N。
•硬件层面，在特斯拉等大主机厂带动下，人形机器人有希望复刻 电车电池行业快速的降本曲线。无框电机的单机价值量最高。执 行器方面，单台机器人价值量分布集中在无框电机，按单个价值 量约214美元假设，单台机器人所需28个无框电机，合计价值量 6,000美元，占总执行器价值量的32.8%。
• 未来随着硬件降本程度加大，假设2030年人形机器人需求量达 105万台（替代美国210万劳动力缺口的50%），单台人形机器 人电机价值量按2,800美元（28个，单价100美元）计算，创造 无框电机约30亿美元需求空间。
1.以电机为驱动的核心动力单元：控制精度更高，具备大规模量产和能耗优势。
• 人形机器人一般都会采用关节驱动器，而驱动方式主要有电机驱动、液压驱动和气体三种方式。
1）电机驱动：具有简单、驱动控 制成熟、技术成熟，很常见，但由于电机负载能力的限制，其负载能力也较弱；
2）液压驱动：成本略高，但具有很大的功 率体积比，从而使机器人具备高动态行走能力且负载能力强；
3）气体驱动：具备压缩性，能够使机器人更柔顺地进行运动， 但是其功率体积比最低，负载能力差。目前在全球头部人形机器人厂商中，波士顿动力在Atlas机器人上应用液压来进行驱动， 其余厂商大多以电机驱动方式为主。
•电机以旋转电机为主，根据电磁感应原理实现电能和机械能相互转换。伺服电机能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械 输出量，达到拖动控制元件的目的；步进电机能够将电脉冲转化为角位移；力矩电机是一种扁平型多级永磁直流电动机，能够降低转矩脉动和转速脉动。
• 电机产品大范围的应用于国民经济的所有的领域，大中型电机大范围的应用于工业领域，如冶金、电力、石化、煤炭、矿山、建材、造 纸等。电机还应用于电子信息领域、轨道交通领域、家电领域以及新能源汽车领域等行业。根据QYResearch数据，2019年 我国电机市场规模达到了344亿美元，预计2026年将增长至617亿美元，年复合增长率8.83%。2016年全球电机市场规模为 1097亿美元，2021年达到了1313亿美元，过去五年复合增长率为3.66%，预计2027年将达到2072亿美元，年复合增长率 6.79%。
1）电机行业，综合了电机理论、微电子、电力电子、计算机科学、控制工程理论、精密机械和新材料等多门学科，涉及电机 技术、材料技术、计算技术、 控制技术、微电子技术、电力电子技术、传感技术、网络技术等技术领域，是典型的机电一 体化产品。
2）国内电机企业，要真正做好该领域，取决于是否三套团队齐备：电机电磁技术、驱动控制技术、精密机械加工（ 材料）。但国内目前真正完整具备以上能力的企业较少，与发那科、安川等国际有名的公司仍有较大距离。 • 中国是全球第一大电机生产国，日本、德国、美国等是研发主导力量，掌控着全球大部分高档、精密、新型技术。从份额来看，中国电机行业规模占比30%，美国占和欧盟分别占比27%和20%。
•新兴领域拉动：医疗器械、协作/人形/工业机器人、无人机、可穿戴设备、智能家居、新能源汽车等需求拉动，且这些市场往 往更高端
•高质量高性能升级需求：功能密度高、力矩大、体积小、 噪音小、温升小、稳定性可靠性好等，低劣低质产品逐步退出市场
•提供优质服务：通过完善的售前定制化方案，售后快速响应提升服务质量，而非简单的价格战获得用户信任
•智能化：通过PLC等高性能控制器实现位置控制数字化，实现转矩、转速、位置等精准控制。
•模组化趋势：电机同编码器、丝杠、变速器、传感器高度集成为一个模组，实现精密运动组件。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
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