从需求侧看劳动力供给将面临短缺，用机器人代替人成为不可逆趋势；从供给端看，以ChatGPT为代表的AI大模型不断迭 代，使人形机器人应用场景进一步拓宽。人形机器人在短期内有望首先突破工业制造、商用服务等B端场景, 中长期可能逐步突破极端作业、家用服务 等更为复杂的场景。只有当人形机器人突破C端家用等应用场景后，市场空间才会真正全面打开。环境感知模块、运动控制模块和人机交互模块是人形机器人的发展核心，从发展路径看，人形机器人发展趋势将遵循从硬件驱动到软件驱动的发展规律。
一、万亿蓝海初渗透，萌芽阶段大空间
1.1 萌芽时期，人形机器人市场空间巨大
人形机器人想象空间巨大。从需求侧看，根据腾讯新闻，现阶段日本、德国、法国、美国、中国等多个国家均已步入老龄社会，劳动力供 给将面临短缺，用机器人代替人成为不可逆趋势；从供给端看，以ChatGPT为代表的AI大模型不断迭代，其自主决策、多模态感知、泛化/ 涌现等能力持续进步，使人形机器人的应用场景进一步拓宽，打开其未来成长空间。根据前瞻产业研究院数据，2023年全球人形机器人市场规模约21.6亿美元，到2029年，全球人形机器人产业规模预期达324亿美元。
从应用场景看，人形机器人在短期内有望首先突破工业制造、商用服务等B端场景, 中长期可能逐步突破极端作业、家用服务等更为复杂的场景。我们认为，只有当人形机器人突破C端家用等应用场景后，市场空间才会真正全面打开。
1.2 三大核心技术能力考验人形机器人成熟度
人形机器人主要包含三大核心技术模块：环境感知模块、运动控制模块和人机交互模块,三大能力中涉及硬件和软件两部分。
我们认为，人形机器人发展趋势将遵循从硬件驱动到软件驱动的发展规律。目前阶段，由于应用场景分散化，制约人形机器人商业化进程的核心仍在于运动控制模块,但后续核心将有望向核心算法以及软件能力转移。
1.3 人形机器人产业链梳理
二、三重共振，车与机器人软硬协同
2.1 多方势力入局，加速人形机器人量产进程
总体来看，目前人形机器人玩家主要包括车企、科技企业、消费家电类龙头企业、初创企业等。车企的代表包括特斯拉、小鹏、华为，根据机器人大讲堂消息，小米等科技类企业也官宣入局。根据界面新闻，初创企业以及家电类企业（以美的为代表）也已布局具身智能赛道。
我们认为，机器人研发团队背景（Robotics background，R-B）、远程操作（Teleoperation，Teleop）、模块化（Modularity，Mod）、灵巧的手（Dexterous hands，D-H）、任务规划（Task planning，T-P）、人工智能（Artificial intelligence，AI）、行走步态（ Walking gait，W-G）以及市场/试点（Market/pilot，M/P）等指标可以评判机器人团队的实力。
综合来看，特斯拉仍处于综合实力最强的地位。
2.2 契合点众多，车与人形机器人协同程度高
由于在软硬底层上的相通性极强，车企在人形机器人领域优势明显。
1) 技术底层共振。由于二者在感知层基础硬件相似，汽车领域的自动驾驶、芯片、传感器、激光雷达等技术可以与人形机器人相互借鉴。
2) 供应体系共振。汽车主机厂拥有强大且成熟的零部件供应链体系,能快速整合形成量产方案以及深化应用场景。自主品牌汽车零部件厂商历经多年积累，目前已具有成熟的技术能力、制造能力和更快的相应速度，在完成人形机器人零部件供应的过程中具有明显先发优势。
3) 生产环节共振。人形机器人可以在工厂内进行关键部件(如发动机、变速箱以及三电系统）的精确组装;也可以凭借其灵活的移动能力和强大的承重能力完成搬运任务，减轻工人的体力负担;也可以通过高精度的传感器和视觉系统，对汽车零部件和整车进行质量检测；部分人形机器人还具备焊接和切割功能，在汽车制造过程中进行精确的金属加工。我们认为，汽车工厂将是人形机器人最为核心的应用场景之一，且有望最快实现商业化落地。
2.3 感知端传感高度相似，激光雷达方案仍是主流
智能汽车与人形机器人在感知端传感器硬件上高度一致。人形机器人视觉方案目前主要以结构光、双目或多目RGB、TOF等的组合方案为主，算法基础强的厂商会采用更为简单的传感器方案，而算法相对薄弱的厂商会选择更为核心的硬件。
特斯拉仍坚持纯视觉路线。与智能汽车相似，大多数企业仍采取激光雷达方案，而特斯拉Optimus采用纯视觉传感器方案，搭载了2D视觉传感器和与特斯拉车辆相同的FSD技术以及Autopilot相关神经网络技术。
2.4 规划决策算法与智能汽车类似，运动控制是关键
软件层面，人形机器人主要算法包括环境感知类、规划与决策类、运动控制类算法等。
在路径规划、运动轨迹预测等关键算法上，智能驾驶和机器人具有复用性。如自动驾驶中常用的传统基础模型Dijkstra(单源最短路径)算 法、A*算法等，底层逻辑与机器人相通。特斯拉占用网络（Occupancy Network)算法中使用的栅格法在机器人全局路径规划中仍被使用，除此之外，机器人局部路径规划方法包括人工势场法、模糊逻辑算法、遗传算法和基于神经网络方法等。
特斯拉目前两者算法相似度约为60%，随着环境的变化，算法的相似度有所下降，但随着环境理解的逐步深入，算法相似度可以进一步提升, 从工程化经验来看，两者在环境和任务上有一些相似性，可做部分的工程复用。
三、核心零部件迎国产替代，降本可期
3.1 硬件端：产品附加值+国产替代进程决定商业化落地速度
我们认为，在人形机器人硬件筛选细分投资赛道，主要需考量两个维度，一是附加值，二是国产化率。
降本维度来看，基于量产100万台并假设硬件成本降至18万元以内测算，未来降本幅度较大的产品包括行星滚柱丝杠、无框力矩电机、谐波减速器以及触摸传感器；从国产替代维度来看，行星滚柱丝杠、空心杯电机和六维力矩传感器等目前国产化渗透率仍较低，未来空间巨大。
3.2 硬件端：特斯拉Optimus人形机器人成本拆解
从特斯拉硬件构成来看，电机、减速器、丝杠等关键部分价值量占比较大，后续降本空间较大，国产厂商替代能力较强，且从技术原理上具有通用性，有望成为优质投资赛道。
3.3 灵巧手：机器人最重要的执行部件
我们认为，灵巧手是机器人最重要的执行部件，灵巧手的发展将很大程度决定人形机器人进入C端市场后的性能以及接受程度。
灵巧手是机器人操作、动作执行的末端工具，在机器人学领域属于末端执行器的范畴。灵巧手是一种新型的末端执行器，以人手的结构和功能为模仿对象，在机器人与环境的交互中起着关键作用，目前主要应用在航空航天、医疗、智能制造等领域。
灵巧手是模仿人手设计的高精度机械手，工业机器人领域的灵巧手大多采用三指设计，而人形机器人大多为五指。灵巧手是实现精细操作的基础，与人形态更相近的人形机器人，更是需要完成抓、握、捏、拧、旋转等不同动作。
3.4 灵巧手: 核心零部件，降本空间较大
灵巧手是人形机器人产业中非常关键的产业链细分方向，灵巧手产业中有灵巧手创企、车企/人形机器人创企、科研机构三类企业。
斯拉的22个自由度的灵巧手因其复杂的结构和高性能组件，成本高达10-20万元人民币（其中电机和传感器占灵巧手成本达55%-70%）,假 设人形机器人成本按80万元计算，灵巧手成本占比为12.5%-25%之间。国内产品通过优化传感器和传动系统，已将成本控制在3-5万人民币。
3.5 灵巧手传动系统：机器人机械机构的核心部分
灵巧手的传动系统是机械结构的核心部分，它负责将输入的动力转换为手指关节的运动。
根据不同的设计需求和应用场景，灵巧手的传动系统可分为腱绳传动、连杆传动与齿轮传动。1）腱绳传动目前应用最广泛，最类似于人手的肌腱结构，适合空间狭小且需要驱动自由度数量较多的场景，但精度不高、抓取力不足；2）齿轮/蜗轮蜗杆传动式可实现高精度，但结构复杂、成本高，工业机器人中应用较广；3）连杆驱动式能抓取大型的物体且结构设计紧凑，但在远距离的控制上比较困难，多用于工业和商业用途。
3.6 驱动系统：空心杯电机是灵巧手关键零部件
电机驱动是多指灵巧手的主要驱动方式，具有驱动力大、控制精度高、响应快、模块化设计、易于更换维护等优点。
空心杯电机是灵巧手关键零部件。特斯拉2023年生产一款名为擎天柱Optimus的人形机器人，空心杯电机占单台机器人成本的4.43%；Optimus单手有11个自由度，采用6个执行器，采用空心杯电机+蜗轮蜗杆+金属肌腱驱动的方案，空心杯电机占手部执行器成本的54.5%。
从竞争格局看，海外厂商Maxon、Faulhaber、Portescap等技术工艺深厚，目前仍处于第一梯队，但鸣志电器等国产厂商逐步实现批量生产， 且具备性价比优势，国产替代在望。
3.7 电机与减速器：人形机器人产业化的关键部件
电机和减速器是人形机器人的核心部件，在国产化方面有巨大潜力，其攻克将推动人形机器人产业化进程。
电机：电机是机器人的“心脏”，高效率、高动态、高功率密度是关键要求，不同类型电机适用于不同场景，国内企业在技术创新和性能 提升方面持续努力，但与国外高端产品仍有差距，有望进一步提升国产份额。
减速器：减速器作为减速传动装置，在人形机器人领域扮演关键角色，不同类型减速器如RV减速器、谐波减速器、行星减速器各有特点。
3.8 电机:为各类关节与灵巧手的执行机构提供动力
电机是人形机器人动力的产生机构。常见动力驱动形式包括电机驱动、液压驱动、气压驱动等，电机驱动具备效率高、控制精确度高、成本低等优势，被用来为人形机器人的各类关节、以及灵巧手等执行机构提供动力。经过长期技术发展，电机种类纷繁复杂，人形机器人用 电机的选择需要考虑到体积、功率、扭矩、成本等各种因素。
无框力矩与空心杯电机在人形机器人中广泛应用。在各类电机中，无框力矩电机与空心杯电机在人形机器人的应用中较为广泛。无框电机 是一种新型力矩电机，专为需求体积小、质量轻、惯量低、结构紧凑、功率高的应用场合而设计，适用于人形机器人的关节驱动。空心杯 电机尺寸较小，直径一般不超过40mm，同时还具有转速高、响应快、精度高等优势，非常适合于灵巧手来执行精细和复杂的动作。
3.9 无框力矩电机：为关节核心驱动部件，国内外企业积极布局
无框力矩电机广泛用于各类关节执行机构，磁路和工艺设计是无框力矩电机面临的主要技术难点。无框力矩电机具备尺寸小、高灵敏度、 高功率密度、高效率等特点，主要用于机器人的关节和手臂的驱动，提供高扭矩和高精度的控制。无框力矩电机的技术难点与壁垒主要在磁路与工艺设计领域，为了在低压供电的环境下输出更大功率，磁路设计需要不断优化，高度定制化属性要求其工艺设计必须不断创新。
国内外企业积极布局无框力矩电机领域，人形机器人产业为国产替代带来新机遇。随着人形机器人走向商业化及潜在需求的爆发，无框力 矩电机领域的参与者不断增加。根据电机联盟，海外主要参与者包括Kollmorgen、Allied motion、Aerotech、TQ Robodrive等企业，国内 布局无框力矩电机的厂商主要有步科股份、航天电器、昊志机电、微精电机、合川科技等。海外无框力矩电机厂商科尔摩根等在技术上有一定领先优势，但国内企业在技术上已实现快速追赶，同时凭借更强的成本优势与响应速度，具备国产替代的潜力。
3.10 减速器：为执行机构提供转速匹配与扭矩传递
减速器为人形机器人必不可少的部件。减速器为人形机器人驱动环节的关键部件，主要在电机与执行机构之间起到匹配转速和传递扭矩。一般减速器由多个齿轮组成，通过不同大小齿轮的啮合传递动力，从而降低驱动设备的转速并提供更高的扭矩输出和承载能力。
精密减速器适用于人形机器人应用。行星减速器结构简单且传动效率高，多安装在伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，精确定位，其常被用于机器人中对精度要求低的部分身体旋转关节。RV减速器具备高刚性、耐超载的特性，且传动精度稳定，但其体积相对较大且成本 较高。谐波减速器的优势在于其紧凑的设计、高减速比、高传动精度，但其承载能力和使用寿命相比RV减速器较低，此外谐波减速器的成本相对精密行星减速器高，但低于RV减速器。
3.11 六维力矩：触觉之魂，壁垒最高传感器之一
力传感提供力反馈信息，是环境感知中重要的一环，力传感器可以受力情况分为一维、三维和六维力传感器，也可以按原理分为应变片式、 光学式和压电/电容式力传感器。六维力传感器是一种能够同时测量中性坐标系内的三个力（FX、FY、FZ）和三个矩（MX、MY、MZ）的特殊 力传感器。它广泛应用于机器人控制、力学实验和科研等领域，是机器人中最常用的传感器之一。
人形机器人为六维力矩传感器创造巨大的增量空间。在人形机器人领域，六维力传感器主要用于手腕和脚腕部位，一台人形机器人通常需要配备2-4个六维力传感器，以特斯拉Optimus为例，单台机器人就需要4个六维力传感器。根据中商产业研究院的预测，随着人形机器人对传感器需求的不断增加，以及多种技术路线的不断完善、产品价格的下降，六维力传感器行业有望进入高速增长阶段，2030年中国六维力传感器市场规模将达143.31亿元。
从技术路线来看，目前市场上存在应变片式、电容式、光电式、压电式和电阻式等多种技术方案。其中，应变式传感器在稳定性、刚度、 精度及成本方面表现优秀，已成为当前主流选择。
3.12 六维力矩：产品优化，拥抱创新
六维力矩传感器的工作原理主要基于应变片原理和压电效应原理。在应变片原理中，当外力作用于传感器时，弹性体会发生形变，导致贴在弹性体上的应变片电阻值发生变化。通过测量这些电阻变化，并经过复杂的数学模型计算，可以解算出所施加的力和力矩的大小和方向。
六维力矩传感器的核心结构通常由弹性体、应变片（或压电晶体等敏感元件）、电路部分及信号处理单元组成。常见的弹性体结构包括多组弹性应变梁，这些应变梁在受到外力作用时会发生微小的形变，在每个应变梁上，会贴有一组或多组应变片，用于检测形变引起的电阻 变化。此外，部分六维力矩传感器还采用压电晶体等压电材料，通过测量外力作用下产生的电荷变化来感知力和力矩。
近年来，六维力矩传感器的研究取得了显著进展，不仅在结构设计上不断优化，还在材料选择、信号处理算法等方面进行了大量创新。国内外学者对六维力矩传感器的结构进行了大量研究与改进，旨在提高传感器的灵敏度和抗过载能力，减少维间耦合误差，改善动态性能。
在材料方面，硅应变片因其优异的稳定性、信噪比和动态特性，逐渐成为六维力矩传感器的材料发展方向。尽管金属应变片在成本上略有优势，但硅应变片的工艺提升和成本降低使其综合性能更加优越。
3.12 六维力矩：海外厂商主导，MEMS方案有望实现降本
从竞争格局看，目前六维力矩传感器仍以海外厂商主导。全球六维力传感器主要分为日韩品牌、欧美品牌和国产品牌三大阵营。2023年， 外资仍占据我国六维力传感器67.9%市场份额。在“国产替代”战略下，叠加国产产品性能不断提升，本土市场份额日益扩大，2020-2023 年期间，本土品牌市场份额增加了13个百分点，达32.1%。国内市场看，2023年，TOP10厂商合计市场份额达69.5%，其中ATI以22.4%的市场 份额领跑各大厂商，本土企业宇立仪器市场份额仅次于ATI，排名第二，占比12.2%，蓝点触控、坤维科技分别占比4.8%和4.7%。
从价格上看，以AIT为代表的海外厂商价格昂贵，为国产替代打开空间。六维力矩传感器成本包括BOM+贴片+研发+其他，其中BOM的应变片 成本占比最大，制造费用和研发费用摊销高。根据数智城乡研究，应变片的成本占比达24.2%-39.9%。
采用MEMS方案有望实现传感器的降本。根据智能感知工程，MEMS器件体积小，重量轻，耗能低。微型化以后的机械部件具有惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点，MEMS还有更高的表面体积比，可以提高表面传感器的敏感程度。以单个5mm*5mm尺寸的MEMS传感器为例，用硅 微加工工艺在一片8英寸的硅片晶元上可同时切割出大约1000个MEMS芯片，批量生产可大大降低单个MEMS的生产成本。
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