机器人是一种智能设备,能够自主或半自主工作,用来协助甚至替代人类完成重复性或危险的工作,提高效率和质量。机器人分为工业机器人、服务机器人和特种机器人。人形机器人外观和运动方式接近人类,因此能够更方便地操作为人类设计的各种工具和设备。
机器人产业融合了机电、材料、计算机和传感器等多个学科,是衡量国家科技实力和高端制造业水平的重要标志。随着数字化进程的推进,机器人产业正迎来发展机遇。据《中国机器人产业发展报告(2022年)》,到2024年,全球服务机器人市场规模有望突破290亿美元,中国服务机器人市场规模有望突破100亿美元。人形机器人被视为现有服务机器人的技术升级,随着投资增加,人形机器人有望加速产业化。
劳动力短缺问题日益突出,人形机器人有望成为解决这一问题的关键技术。中国老龄化问题严重,人形机器人在养老助残领域有广泛应用前景。第七次全国人口普查数据显示,60岁以上人口占比为18.70%,较2010年上升5.44个百分点。高盛预测,到2035年人形机器人市场可能达到1540亿美元。此外,Markets and Markets预测,人形机器人市场规模将从2023年的18亿美元增长到2028年的138亿美元,复合年增长率可达50.2%。
机器人产业作为智能制造的一部分,受到国家高度重视。各地纷纷出台政策,促进机器人产业发展。深圳、上海、北京等地率先提出推动人工智能和机器人的结合。政策支持助推人形机器人发展,科技企业进军机器人产业成为趋势。
人形机器人技术迅速发展,以优必选的人形机器人Walker为例,五年内经历了四次迭代,运动能力和AI均有显著提升。随着AI、传感器和数字化技术的进步,人形机器人的产业化有望加速。
人形机器人的感知系统类似于人的感觉器官,可以获取内部和外部环境信息,并将其反馈给控制系统。感知系统主要由各种传感器组成,包括内部传感器和外部传感器。内部传感器检测机器人自身状态,外部传感器检测外部环境。
控制系统根据感知系统提供的信息控制机器人的行为和动作。控制系统的核心是控制器,它接收传感器的反馈信号,并根据预设算法生成控制信号,驱动执行器实现动作和任务。
人形机器人的驱动系统实现机器人运动,由关节的传动装置组成。驱动系统主要有液压、气动和电动三种类型,目前大多数使用电动驱动系统,因其控制精度高,适用于需要高精度运动的人形机器人。例如,波士顿动力的Atlas机器人使用液压驱动系统。
人形机器人的机械结构系统主要包括关节和灵巧手。关节实现运动,灵巧手用于抓取物品。特斯拉的Optimus使用的是外置式灵巧手,有5个手指,6个执行器,11个自由度。
减速器是机器人生产中技术壁垒最高的核心零部件之一。人形机器人的发展将增加减速器的需求量。人形机器人需要大约三四十个减速器,成本构成中减速器占比高达40%。
RV减速器为二级减速结构,由行星齿轮减速器和摆线针轮减速器组成。行星齿轮减速器实现第一级减速,摆线针轮减速器实现第二级减速。
人形机器人通常使用伺服电机驱动关节,伺服电机是电动驱动系统的核心组件。伺服电机通过闭环控制系统实现精准控制。
人形机器人需要大量空心杯电机,参考特斯拉的人形机器人Optimus,一个人形机器人需要12个空心杯电机。空心杯电机市场规模预计会随着人形机器人市场的增长而扩大。
人形机器人对传感器要求较高,特别是视觉传感器、接近觉传感器、触觉传感器和力觉传感器等。与工业机器人相比,人形机器人对交互、导航、避障等功能的要求更高。
绿的谐波是谐波减速器的领先企业,主营谐波减速器和机电一体化执行器。2022年,谐波减速器业务占公司营业收入的93.4%。随着人形机器人市场需求的增长,绿的谐波的谐波减速器销量预计会大幅提升,营收有望大幅增长。
双环传动聚焦精密传动事业,积极布局RV减速器赛道。子公司环动科技成为RV减速器领域的领军品牌。近年来,中国RV减速器行业国产化程度不断提高,环动科技市场份额从2020年的9.3%提高到2021年的15.1%。
人形机器人市场潜力巨大,随着技术进步和政策支持,产业化有望加速。减速器、伺服电机、空心杯电机和传感器等核心零部件将迎来发展机遇。重点关注绿的谐波和双环传动等企业的成长机会。