此前，原重庆市长黄奇帆在中国制造强国论坛、中国宏观经济论坛等多个重要会议发言，提出今后二三十年能够形成万亿美元市场级别的五大件，已经出现，中国要积极进行前瞻性的布局和主动出击，围绕这些重点产业，形成一批具有全球竞争力的产业链集群。
黄奇帆曾被誉为中国“最懂经济的市长”，其提出的五大件市场也被备受关注，分别是无人驾驶新能源汽车、家用机器人、头戴式AR/VR眼镜或头盔、柔性显示和3D打印设备。（相关内容参看《黄奇帆最新发言：今后30年这5大万亿市场对中国至关重要！》）
近日，随着华为成立机器人新公司，马斯克人形机器人“擎天柱”（Optimus）的问世，全球机器人产业迎来蓬勃发展。
人形机器人产业链图谱中，人形机器人感知环节必不可少的传感器部分及人形机器人的“大脑”（软件算法）部分的相关环节，是价值量占比较高的上游核心零部件部分，本文梳理机器人全产业链，包括传感器、伺服系统、算法软件的恩核心环节，并对相关公司进行了罗列梳理，将对人形机器人行业有全面了解。
随着人形机器人产业的磅礴发展，其对传感器的需求将拉动传感器市场高速增长。若是国内传感器企业能把握住这一时代机遇，占据先发优势，将能够快速扩张市场份额，加快高端传感器国产化进程。
一、产业链概述
1.人形机器人产业链可以分为上中下游三个层次
上游主要是零部件和软件系统供应商，包括电机、关节、传感器、控制器、操作系统等，这些零部件和软件系统的质量和技术水平直接影响到机器人的性能和稳定性。中游是人形机器人本体的制造商，负责将各个零部件组装成完整的机器人产品，并进行测试和质检。下游则是人形机器人的终端应用市场，包括医疗、教育、救灾救援、公共安全、生产制造、家庭陪护等多个领域。
以特斯拉人形机器人为例，硬件由以传感器、减速器、电机、滚柱丝杠、轴承为主的零部件构成，组装形成人形机器人本体，经过与算法软件的耦合测试，最后应用于工业、服务、教育、医疗、巡检、清洁和娱乐等下游终端应用需求领域。
2.上游软硬件技术更迭，为机器人发展提供坚实基础
随着互联网、计算机技术不断发展，机器人从机械自动化转变为人工智能化，未来将融合5G、云计算等向自主服务型发展。针对减速器、伺服控制器、传感器等核心零部件技术，国内国产化进程加快，优质企业涌现，为机器人制造提供坚实基础。对于这部分下文我们还会详细论述。
3.下游应用场景不断开发
人形机器人行业处于初期，不断探索应用场景，从早期应用的工业机器人领域和小型事故驱动器到现在的服务型机器人领域，下游需求场景不断开发。
（1）人形机器人适用场景广泛，特斯拉入局产业化发展有望提速
具身智能或将是AI的终极形态，人形机器人是实现具身智能的最佳形态之一。由于结构设计接近人体，人形机器人的活动场景可覆盖人类活动的方方面面，可应用于家庭、商用、工业等场景。人形机器人可参照人体进行仿生学设计，结构设计过程难度降低。
（2）服务型需求场景有望成为人形机器人的重要市场
机器人按照应用领域可分为工业机器人、个人/家用服务机器人、公共服务机器人、特种机器人和其他应用领域机器人。黄奇帆提到的家用机器人即属于服务型机器人范畴。
服务型机器人市场潜力大，近年来增速高于工业机器人市场。陪伴是未被解决的刚需，随着人口老龄化程度加深、成年单身人口数量持续增长，由人们情感需求催生了广阔的陪伴机器人市场。不同于AI虚拟网络的单向情感传递，陪伴机器人被赋予了情感识别、情感表达等能力，机器人不再只是一个冰冷的“玩具”，而是聚焦于情感陪伴，成为家庭的一份子。
二、传感器
机器人传感器可以根据检测对象不同分为内部传感器和外部传感器。内部传感器：用来感知机器人的自身状态的传感器，比如位置、速度、加速度。外部传感器：用以感受机器人周围环境、目标物的状态信息的传感器，比如视觉、触觉、听觉、嗅觉、温度、力觉等。
人形机器人的感知系统，以各类传感器为核心部件。
1.视觉传感器：纯视觉路线与多器件融合路线齐头并进
（1）摄像头：参考车载摄像头市场，国内厂商市占率较高
相较于雷达，人形机器人更可能采用摄像头方案，未来机器视觉、AI解决方案公司有望进入市场。交互模块以AI技术的应用核心，完成对于大脑分析判断工作的模拟实现；视觉是人机交互三大核心功能的基础，未来机器视觉、AI公司前景广阔。
图像传感器：车载摄像头基本采用CMOS传感器，约占摄像头成本的50%。CMOS图像传感器难点：1）设计工程：需要具备全方面的技术储备及快选设计能力，这对设计公司的技术积累和行业经验提出了较高要求；2）可靠性：对寿命、稳定性要求高，需要经过多年的积累，储备大量的修正数据，确保产品可靠性。
镜头：约占摄像头成本的20%。目前车载摄像头镜头供应商形成一超多强的格局：一超指国产的舜宇光学，其市占率常年稳定在30%以上，多强指日立、三协、世高、桑来斯等美日韩厂商。近年国内的联创电子、欧菲光发展迅猛，积极发展技术并抢占市场，跻身多强行列。
2022年中国机器视觉市场规模增速暂时放缓，预计未来会有显著提升。根据GGII预测数据显示，2027年中国机器视觉市场规模预计可达550亿元，其中2D视觉市场规模超过400亿元，3D视觉市场规模超150亿元。
机器视觉应用场景包括定位、识别、检测和测量，3C电子是占比最高的应用领域。
人形机器人视觉传感产业链或与自动驾驶汽车类似：厂商通过外购摄像头结合自研软件算法或直接寻求一套成熟解决方案。特斯拉机器人/汽车均采用自研的FSD系统和感知计算单元，光学镜头、摄像头模组的难度高、壁全深，实力雄厚的光学公司有望率先参与人形机器人产业链。
车载镜头市场由舜宇光学领衔，2020年全球市占率超过30%。
（2）激光雷达：国内外厂商差距缩小，芯片和算法是核心
激光雷达难点主要在于：1）芯片：激光雷达专用芯片，目前国产尚未有完全成熟的自研芯片，处于研发阶段；2）算法：算法需要经过不断的实验进行更新完善，时间越长，优势越大，国内厂商起步晚。
目前机械旋转多线激光雷达的主要供应商有Velodyne、Ouster、禾赛科技、速腾聚创，产品主要面向无人驾驶和服务型机器人市场。
（3）毫米波雷达：国内企业异军突起，77GHz实现小规模量产
目前美国、欧洲和日本在毫米波雷达技术和研究方面处于领先地位，博世、大陆前装量产的毫米波雷达产品已经发展到第五代，保持2-3年1代的更新速度，改进低分辨率和提升探测距离。
中国24GHz雷达市场：主要由法雷奥（Valeo）、海拉（Hella）和博世（Bosch）主导，市场占比60%以上；中国77GHz雷达市场：主要由大陆集团（Continental）、博世（Bosch）和德尔福（Delphi）主导，占比约80%。
毫米波雷达难点：1）设计：天线设计决定了方位角和俯仰角性能。2）软件算法：信号处理算法、数据处理算法。中国企业大多数在2014-2016年成立，起步较晚，但正在异军突起。24GHz国产化比较高，而77GHz仅少部分中国企业实现了量产。
2.力矩传感器：六维技术壁垒较高，竞争格局仍较分散
力传感器是将力的量值转换为相关电信号的器件。六维力传感器技术壁垒高，多应用于高精密场景：六维力传感器能够同时测量沿三个坐标轴方向的力和绕三个坐标轴方向的力矩，是维度最高的力传感器，能够给出最全面的力觉信息，相较于低维力传感器，六维力传感器的技术难度和使用难度高，但对于机器人产业链的智能装配和其他场景的精密场景非常重要。
六维力传感器在国内处于卡脖子环节，国内外产品仍存在差距。目前国产六维力传感器厂商较为稀缺，以柯力传感、宇立仪器、坤维科技为代表厂商，其中宇立虽是KUKA、ABB等“四大”的力传感器合作商，但目前与海外龙头TDK、ST、ADI等仍有一定差距。
我国力矩传感器行业仍处在初期阶段，竞争格局较为分散。相比于单轴压力传感器，六轴力矩传感器可以感受六维的力和力矩，可测量在任何方向、任何轴上的应用负载，并能承受额定测量范围5到20倍的负载，同时六维力矩传感器生产技术和流程较为复杂，具备较高的技术壁垒，目前我国参与企业主要有昊志机电、宇力仪器、坤维科技、柯力传感、汉威科技、八方股份等。
3.惯导：国际龙头份额集中，国产厂商积极突破
MEMS IMU市场份额分布相对集中，国际厂商占据垄断地位。前三名国际厂商共占据近80%市场份额，前五名国际厂商共占据超90%市场份额。其中BOSCH以33%的市场份额排名第一，ST和TDK分别以25%和21%的市场份额紧随其后。
相较于前五名国际厂商，本土厂商市场份额比较小，面临的市场竞争压力也较大。由于MEMS IMU产品生产工艺难度大，只有头部企业才有足够的资金、技术和资源来应对市场竞争，因此准入门槛不断提高，国内参与竞争的厂商较少。在国内布局汽车惯导的企业有华依科技、华测导航、导远电子等公司。
三、伺服系统
1.减速器：谐波减速器为主，行星减速器或为替补
精密减速器主要用于机器人各个关节，负责将伺服电机输出的高速运转动力转化为低转速、高转矩的运动，决定机器人的精度和负载。一般传动减速器控制精度低，可满足机械设备基本的动力传动需求。精密减速器精度较高、使用寿命长，更加可靠稳定，应用于机器人、数控机床等高端领域，包括谐波减速器、RV减速器、行星减速器等，其中应用最广泛的是用于重负载转传动的RV减速器和用于轻负载传动的谐波减速器。
行星减速器结构简单，减速比较低。精密行星减速器体积比较小，结构较为简单，主要包括行星轮、太阳轮和内齿圈。精密行星减速器传动比都在10以内，且减速级数一般不会超过3级，相较于其他减速器启动更加平稳，且刚性、精度和扭矩高，主要搭配步进电机和伺服电机，用以降低转速，提升扭矩。
谐波减速器结构简单，减速比大，传动精度和传动效率较高。谐波减速器主要由3个基本部件构成：刚轮、柔轮、谐波发生器，通过具有柔性的薄壁外齿齿轮产生弹性变形后与刚性的内齿轮进行内啮合来实现传动。
RV减速器结构较为复杂，承载能力强，传动精度高。RV减速器是以摆线针轮行星传动为基础发展而来的。RV减速器主要包括两级传动装置，分别为渐开线行星齿轮传动和摆线针轮行星传动。
谐波减速器主要用于轻负载部位，RV减速器主要用于重负载部位。谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点，与一般减速器比较，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积可减少2/3，重量可减轻1/2，这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。
（1）目前谐波减速器是人形机器人关节的最优解决方案
2022年10月份Tesla AIDAY上特斯拉公布的减速器方案为谐波减速器，谐波减速器主要由谐波发生器、刚轮、柔轮构成，是通过柔轮的弹性变形传递运动，优势是体积小、重量轻、传动比高、精度高，在集成度要求较高的人形机器人上是最优的减速器方案，但是谐波减速器的柔轮容易受到冲击碰撞发生形变，因此在刚性方面存在一定缺陷。
（2）行星减速器在容易发生碰撞的关节可替代谐波减速器
行星减速器由行星齿轮、太阳齿轮、行星架和驱动轴构成，是通过齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来实现减速，原理较为简单且结构刚性较好。考虑到人形机器人复杂的工作场景，存在发生磕碰的可能性，因此行星减速器或许在一些容易发生碰撞的关节替代谐波减速器，例如膝盖、腿部等。因此整体来讲，人形机器人关节的减速器方案预计以谐波减速器为主，行星减速器或为替补。
目前，国内谐波减速器厂商包括绿的谐波、中大力德、昊志机电；行星减速器厂商主要包括中大力德、巨轮智能。
2.电机：以无框力矩电机、空心杯电机为主
力矩电机是以扭矩为控制方向的电机。力矩电机是一种极数较多的特种电机，可以在电机低速甚至堵转（即转子无法转动）时仍能持续运转，不会造成电机的损坏。而在这种工作模式下，电机可以提供稳定的力矩给负载。力矩电机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点。
无框力矩电机能够在满足机器人尺寸和重量要求的同时实现高功率和高转矩密度。无框为结构上省去了电机的外壳，使得电机更好嵌入。与有框电机相比，无框电机的优势包括更高的转矩密度、更强的散热能力、以及针对定制系统的灵活性。将无框电机的定子和转子直接集成到支撑传动组件的轴承系统，可以在很大程度缩小关节组件的尺寸，并消除冗余部件，例如可以消除支撑转子的轴承以及联轴器，带来更少的维护成本。目前无框力矩电机常用于协作机器人的关节。目前能够提供无框力矩电机的公司包括美国科尔摩根、国内的步科股份、昊志机电等。
（1）无框力矩电机的中空结构便于走线，适用于集成度较高的人形机器人
无框力矩电机属于无刷直流永磁电机，由驱动器提供三相交流电源形成旋转的电磁场，以驱动永磁体转子在磁场中转动，组成零部件为独立的转子和定子：转子由固定在轮毂上的高能稀土磁体组成，轮毂安装在轴和轴承组件上；定子由绕组组成并安装在机械设备外壳内。无框电机取消外壳和轴承，将定子和转子分别直接固定在设备上，并借助设备外壳巧妙地实现防护，可缩减整体空间和提高设备防护等级。
（2）空心杯电机采用无铁芯转子，提高能量转换效率
空心杯电机：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（空心杯型转子），彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗，电机性能得到极大改善，具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动特性。
空心杯电机分为无刷空心杯电机和有刷空心杯电机。1）无刷空心杯电机：直流无刷无齿槽电机，行业内通常称为“无刷空心杯”。通过电子换向，寿命更长。2）有刷空心杯电机：直流有刷无铁芯电机，行业内通常称为“空心杯，”一般来说，国内的“空心杯电机”指有刷，通过机械换向。
空心杯电机应用广泛，包括医疗器械、航空航天、机器人等领域。1）需要快速响应的系统中，如导弹的飞行方向快速调节、相机快速自动调焦、工业机器人仿生义肢等。2）对有体积有要求的商品采用空心杯电机作为动力元件，比如玩具车、航模、电动牙刷等。
目前能够提供空心杯电机的公司包括瑞士MAXON、德国Faulhaber，国内鸣志电器、鼎智科技等。根据江苏雷利2023年3月1日披露的投资者调研纪要，无刷空心杯电机全球市占率龙头为瑞士MAXON以及德国Faulhaber，两家企业销售的空心杯电机+齿轮箱+编码器集成件年销售额约32亿欧元，产品主要面向军工和工业市场。
空心杯电机的壁垒在于设计和规模量产，设计壁垒主要体现在材料选择、组件配合、工艺参数等方面，硬件壁垒主要体现在设备较高的资金投入与较长的采购周期，且对加工设备的精密程度要求高，国内大多厂商采用手工绕线的方式生产，在生产效率、产品寿命、精度方面存在劣势。
3.丝杠：行星滚珠丝杠
丝杠能够将旋转运动转化为直线运动，分为梯形螺纹丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠。在机械传动领域，丝杠传动属于精密度较高的传动部件，相较于液压、凸轮连杆、皮带、链条等传动方式，丝杠有着较大的性能优势。
常见的丝杠传动形式主要有梯形丝杠传动、滚珠丝杠传动和行星滚柱丝杠传动三种。梯形丝杠中无滚动体，靠滑动摩擦传递推力，传动效率较低；目前较常用的是滚珠丝杠传动和行星滚柱丝杠传动，行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的结构相似，区别在于行星滚柱丝杠载荷传递元件为螺纹滚柱，是典型的线接触，属于滑动摩擦，而滚珠丝杠载荷传递元件为滚珠，是点接触，属于滚动摩擦。和滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠具有更高的静态负载和动态负载、更强的刚度和抗冲击能力及更高的转速及更大的加速度，适合用于高速重载工作的应用场合。
滚柱丝杠是将直线运动转化为旋转运动的传动装置，具有摩擦损失小、传动效率高、精度高、高速进给和微进给可能、轴向刚度高、不能自锁、具有传动的可逆性等特点。行星滚柱丝杠主要由丝杠、螺纹滚柱、螺母构成：6-12个螺纹滚柱丝杠布置在螺纹丝杠的周围，滚柱螺母内使用的是小螺纹滚柱与主丝杠相互啮合，这一结构使螺母结构类似于行星齿轮箱，滚柱丝杠拥有众多接触点，承载能力极强。
人形机器人采用反向式行星滚柱丝杠。正常行星滚柱丝杠通过丝杠旋转带动螺母实现轴向运动，而反向式通过驱动螺母带动丝杠轴向运动，可以理解成将螺母作为电机转子实现电机和直线传动机构（丝杠）融合的复合产品，其难度在于：
1）螺母加工难度高：通常加工普通螺母里的内螺纹滚道时，厂商采用砂轮中间穿一根杆子的办法，通过杆子的弯折，将砂轮送进内部，并磨削内部螺旋沟道。但反向式行星滚柱丝杠上的螺母比较长，螺母越长，杆子和螺母就会出现碰撞干涉。2）人形机器人用行星滚珠丝杠比普通产品规格小很多，丝杠越小加工难度越高。
国外研发较为完善，国内尚处于初级阶段。日本和欧洲企业占全球滚珠丝杠约70%的市场份额。滚珠丝杆广泛应用于机床工具、机器人制造等，其中机床工具是其最大的应用领域。根据华经产业研究院，全球滚珠丝杠（Ball Screws）市场主要生产商有德国Rexroth、德国舍弗勒、日本NSK、日本黑田精密工业、日本THK、台湾上银等企业，日本和欧洲企业占全球约70%的市场份额，CR5市占率达到约46%。我国滚动功能部件制造厂商众多，但多数企业只能生产品种单一、技术含量不高的中低档产品，制造工艺水平与国外相比存在一定差距。国内鼎智科技在微型行星滚柱丝杆的研发与生产上已达成里程碑式突破。
四、算法软件
1.运动控制
（1）人形机器人对各个关节的运动控制需要主CPU和控制器的配合
运动控制是指对机械运动部件的位置、速度、方向等进行实时控制，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。控制器就是执行控制任务的核心部件，控制器厂商大多自主开发算法，外购芯片。
通常一个完整的控制反馈闭环流程是：CPU向控制器发送运动指令，控制器接收操作指令后进行运动轨迹规划，向驱动器发送控制信号（0和1）；驱动器将控制信号转变为电流和电压信号发送给电机；执行电机按所设定的力矩、速度、位置等指令信号完成相应的运动；测量反馈装置则将检测到的移动部件的实际位移量进行位置反馈，以纠正电机执行动作的偏差。动作指令完成后，控制器再向CPU发送一个结束的信号来结束这个运动指令。
（2）人形机器人对控制系统实时性要求极高，控制器大量使用
在上述控制反馈系统中，驱动器和执行电机的用量比例是1:1。传统6轴工业机器人的控制器和驱动器用量比例是1:6，因时机器人机械手可能采用1:3或1:6的方案。对于包含28个一体化关节、12个高灵敏度要求的手部关节，以及大量的传感器的特斯拉机器人来说，控制器（控制卡）用量将更大，原因主要为以下两点：第一，大量使用控制器保证所有算法都满足实时性的要求，所有的伺服关节同步运动，传感器的数据同步采集，算法的输入和输出都始终处于一个节拍，从而保证机器人的运动性能。第二，控制器作为上位机，开发人员可提前在每个控制器内预设关节运动算法，大脑直接调用，大大减缓运算压力、提高反馈速度，满足人形机器人对关节执行器低延迟的需求。我们假设人形机器人内控制器：驱动器用量为1:1，按单个关节控制卡400元算，40个关节单机价值1.6万元。
（3）运动控制器算法开发、大规模量产能力强的供应商最受益
特斯拉机器人已拥有非常强的软件及算法优势（主要负责CPU内算法），落地进度取决于硬件产能建设以及规模化生产降本的进度。
关节模组的关键设计由特斯拉完成，后续产能支持则由供应商配合，国产供应商受益。2023年6月国内主要集成商三花智控发布GDR募资公告，拟投资2.02亿元整合控制器、编码器等资源建设机器人关节执行器项目，国产控制器厂商受益确定性进一步增强。
我们认为具备以下三点特征的供应商优势大：第一，控制器领域龙头，卡位优势明显；第二，具备资金实力、配合度、大规模制造工艺能力和生产组织能力。第三，机器人控制器里的算法主要是四肢/手的运动控制算法，因此给机器人、智能家居、电动工具领域客户稳定供货的控制器厂商在算法开发上更具优势。
2.传感器信息融合感知与智能自主控制——拥有FSD算法作为基础
特斯拉自动驾驶算法可以实现环境感知、物体识别、命令下达。FSD算法主要依赖于神经网络和计算机视觉技术。
其核心是神经网络模型：通过对实时传感器（如相机、激光雷达等）获取的数据进行处理和分析，并从中提取有关道路、车辆、行人和障碍物等信息，可以实现车辆的环境感知和物体识别。此外，FSD算法还能够生成车辆的控制指令，包括加速、制动、转向等。特斯拉利用大规模的数据集训练模型，可以提高算法在复杂环境下的性能和鲁棒性。
特斯拉已经打通了FSD和机器人的底层模块，实现了一定程度的算法复用。FSD算法利用传感器数据进行环境感知，这些传感器也可以帮助机器人感知周围环境，识别物体、人和障碍物等。FSD算法在处理传感器数据时，具备对道路、车辆和行人等物体进行识别的能力，可以帮助机器人在执行任务时识别和定位物体。在自动驾驶中，FSD算法可以根据感知到的环境信息进行路径规划和决策。
类似地，这种路径规划和决策的方法也可以应用于机器人，帮助机器人在复杂的环境中选择最佳路径和执行适当的决策。
3.AI是人形机器人的“大脑”
我国具有人形机器人核心技术积累、完备的产业链体系、广阔的消费市场等优势，工业和信息化部等15个部门联合印发的《“十四五”机器人产业发展规划》提出，计划2025年我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地。
Optimus人形机器人是2022年最重要的产品开发项目，甚至会比汽车业务甚至FSD计划更有价值。
（1）人形机器人离不开机器视觉与神经网络
人形机器人离不开机器视觉与神经网络，前者通过目标追踪、图像描述、场景理解等生成数据，后者模仿人脑对生成的数据进行算法处理，从而令人形机器人完成各自任务，而无论是机器视觉或神经网络都与AI息息相关。AI已成为人形机器人的核心。
AI通过数据学习，一层层的神经网络，机器自主分辨参数，不断地将参数归类、计算，形成机器自我的学习。神经网络在机器学习和认知科学领域，是一种模仿生物神经网络（动物的中枢神经系统，特别是大脑）的结构和功能的数学模型或计算模型。神经网络由大量的人工神经元联结进行计算。大多数情况下人工神经网络能在外界信息的基础上改变内部结构，具备学习功能。
（2）ChatGPT或带来人形机器人下一拐点
人形机器人是一个多任务、通用型机器人平台，未来它在工业生产、社会服务等领域将有非常多的应用场景。人形机器人具有类人的感知、决策、行为和交互能力。其有类人的外形外观、感觉系统、智能思维方式，控制系统和决策能力，最终表现“行为类人”。设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互，从而辅助甚至替代人类的生产生活，应用场景上，涵盖物流、送餐、清洁、陪伴、娱乐等应用领域。
ChatGPT基于OpenAI公司开发的一个GPT-3.5架构的大型语言模型，通过强化学习训练人工智能聊天机器人程序，能够广泛应用于业界和客户服务，基于Transformer架构的强大算力的语言模型，具有深度学习特质，葆有出色的语言理解和文本对话生成能力，ChatGPT的语言理解和生成水平的便捷性或带来人形机器人下一拐点。
1)医疗场景
根据《中国疗养医学》研究，人形机器人干预联合体感游戏可改善孤独症谱系障碍患儿的情感状况，促使其社交行为恢复正常。
ChatGPT加持下的优势畅想：ChatGPT是人工智能语言处理领域的一项重要技术突破，是因为其“更像人类一样说话”，摆脱了上一代人工智能明显的“机器话”，因此，被称为“有史以来向公众发布的最好的人工智能聊天机器人”。ChatGPT促使人形机器人能够更快更好地辅助心理咨询，儿童自闭症患者的治疗等。
2)教育场景
人形机器人作为一种高新技术，将人工智能、力学、计算机、通信、控制、机械等多门学科融为一体，将人形机器人合理、科学地应用到教育教学过程中，不仅可以为学生创造一个舒适的学习环境，还可以充分调动学生的学习积极性和主动性。但人形机器人研发还处于刚刚起步的阶段,很多系统功能仍不成熟,急需发展人形机器人领域的技术创新。
ChatGPT加持下的优势畅想：ChatGPT凭借其逻辑、编程、语言理解等优势，有助于人形机器锻炼学生分析和处理问题的能力,有效提升学生的逻辑思维能力，培养学生的创新能力、实践操作能力、协作能力。
3)养老看护场景
随着银发社会的如期而至，“智慧养老”被提升至国家战略，全面贯彻智慧养老的发展路线被愈发重视。人形机器人应用于养老看护场景，具有安全看护、主动提醒、危险预警、日常巡逻、社交陪护、健康管理等功能，以帮助老年人日常起居为目标，主要包括移动辅助、生活辅助、护理检测三大类。
ChatGPT加持下的优势畅想：ChatGPT将增强陪伴人形机器人的功能，陪伴人形机器人则主要是人工智能与养老服务深度融合的智慧结晶，它既可以是智能语音助手等软件应用程序，也可以是承担照护服务的硬件设备。人形机器人与ChatGPT的结合将大幅提高老年人在生活陪伴、精神慰藉等多样化养老服务方面的体验。
ChatGPT基于生成式预训练转换器的底层技术并经由系列迭代发展而来，其“脱虚向实”的态势由此激活了资本市场在各行业领域、多生活场景的火热铺展推进。
ChatGPT作为人类科技发展里程碑式的技术，大规模的提升了人工智能相关创作的成熟度、丰富度与完整度。虽然当前ChatGPT仍是一个较为新颖概念，且在使用中仍有相对的局限性，但凭借OpenAI强大的算力和算法分析，ChatGPT已在toB、toC的商业探索中加速普及。
在未来，随着人形机器人与ChatGPT商业模式的进一步确定，其有望在医疗、养老、教育等应用生态中快速从“功能”进化为“智能”，并促进更多的付费商业模式落地，因此带来ChatGPT产业的景气度周期，重点关注科大讯飞、汉王科技、三花智控、绿地谐波等机器人核心标的。
5、市场空间
1.智能服务机器人：2026年全球市场有望达67.6亿美元
2.人形机器人：从小众高端走向大众化，2030年市场有望达475亿元
3.人形机器人：核心零部件市场空间测算
六、行业机遇与挑战
1.执行机构成本过高，产业链有望扩散
人形机器人目前还处于行业比较早期的阶段，核心部件以及产品最终形态并未完全确定，因此很多环节还有较大的不确定性。不过部分环节有较高的确定性，在目前特斯拉方案中已经得到应用，并且有比较明确的供应商或者测试产品，包括执行机构总成、谐波减速器、空心杯电机等，相关行业的公司未来有望在人形机器人在国内逐步量产的过程中直接受益。丝杠、行星齿轮减速器、无框力矩电机、力矩传感器、编码器等板块目前产品形态，核心供应商等还未明确形成，可以保持比较开放的态度观察行业发展的动向。
2.目前执行器方案成本较高，降本压力巨大
以旋转执行器为例，按照无框力矩电机、谐波减速器、驱动器及其他部件的成本分别为1000元、1500元、1000元计算，关节总成成本约2500元。对于线性执行器，按照无框力矩电机、反转式行星滚柱丝杠、驱动器及其他部件的成本分别为1000元、10000元、1000元计算，关节总成成本约为12000元。考虑到还有滑动丝杠的使用，28个执行器关节成本约16万元，距离马斯克提到量产后销售价格2万美元的目标，仍有较大差距。执行器目前成本较高，执行器仍然是未来人形机器人降本的关键部分。
3.行星减速器、滑动丝杠等低成本方案或迎来成长机遇
行星齿轮减速器由于精度较差，在传统的工业机器人领域使用场景很少，但是其成本较低，以中大力德产品为例，其行星齿轮减速器销售单价仅为数百元。在降本的压力下，行业内或许也会在部分产品上使用行星齿轮减速器产品。与此相似的还有丝杠类产品，反向式行星滚柱丝杠成本较高，未来滑动丝杠、滚珠丝杠等其他丝杠类产品也具备一定的成长潜力。
七、重点环节公司梳理
1.执行器总成
目前国内具备较强执行器总成制造能力的企业包括三花智控和拓普集团。
（1）三花智控
三花智控是全球领先的生产和研发制冷空调控件元件和零部件的厂商，有着30多年的历史经验。在汽车、电器和空调行业中，通过与全球著名企业的合作紧密，三花已成为世界领先的OEM供应商，提供高品质且最具竞争力的商品。三花目前成为膨胀阀、电磁阀和换向阀最大的生产厂商之一，年销售量超过1亿件。基于三花智控较强的制造能力和集成能力，公司有望在机器人领域执行器领域占据重要的市场地位。
（2）拓普集团
拓普集团自1983年创立，总部位于中国宁波，在汽车行业中专注笃行40年。集团设有动力底盘系统、饰件系统两大事业群，以及一个面向智能驾驶的独立品牌业务单元-域想智行。集团主要生产汽车NVH减震系统、内外饰系统、车身轻量化、底盘系统、智能座舱部件、热管理系统、空气悬架系统和智能驾驶系统等产品。拓普集团与国内外多家汽车制造商建立了良好的合作关系，已成为奥迪、宝马、斯特兰蒂斯、通用、吉利、福特、奔驰、大众、高合、理想、蔚来、小鹏、RIVIAN、LUCID等汽车制造商的全球合作伙伴。拓普集团同样拥有较强的制造能力和集成能力，也将是机器人行业上游的重要供应商。
2.丝杠
丝杠作为高端的传动装置，在机床等高端机械设备上有大量应用，但并未实现国产化，国内以南京工艺、秦川机床为代表的企业在业内有一定规模，但是目前人形机器人使用的行星滚柱丝杠国内还没有企业具备较好的制造能力。近年来，恒立液压、贝斯特、长盛轴承等企业开始布局丝杠导轨业务，未来有望实现在人形机器人领域的拓展。
（1）恒立液压
2021年9月，恒立液压发布定增预案，计划投资15.3亿元用于线性驱动器项目，该项目达产后将形成年产104,000根标准滚珠丝杠电动缸、4,500根重载滚珠丝杠电动缸、750根行星滚柱丝杠电动缸、100,000米标准滚珠丝杠和100,000米重载滚珠丝杠的生产能力。项目完成后，恒立液压将具备滚珠丝杠和根行星滚柱丝杠的制造能力。
（2）贝斯特
贝斯特成立于1997年5月，公司主营业务为研发、生产及销售各类精密零部件及工装夹具产品。公司主要产品为涡轮增压器精密轴件、涡轮增压器叶轮、涡轮增压器中间壳（为无锡石播增压器有限公司供货）。公司近年来开始布局丝杠导轨业务，目标实现机床丝杠导轨的国产化替代。
（3）长盛轴承
长盛轴承2022年发布《向特定对象发行股票预案》，公司计划募集资金4.46亿元，并计划投资2.65亿元用于扩建年产自润滑轴承16700万套、滚珠丝杠3万套项目。
（4）秦川机床
秦川机床子公司汉江机床是国家第三个五年计划时期兴建的三线建设重点工程之一，机械工业大型骨干企业，国内螺纹磨床主导企业。经过50多年的发展历程，形成以自动化、数字化、智能成套成线产品为主的精密数控螺纹加工机床产业，以滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、滚动导轨块、滚动花键副、螺杆转子副、齿轮齿条副、精密工作台和精密零部件产品为主的滚动功能部件产业，是陕西省高新技术企业。
3.减速器
国内谐波减速器核心制造商包括绿的谐波、来福、大族、双环传动、国茂股份，行星齿轮减速器制造商包括中大力得，同时国茂股份等企业有望在行星齿轮箱领域实现布局。
（1）绿的谐波
绿的谐波自2003年开始，公司核心团队从事机器人用精密谐波减速器理论基础的研究。公司业务聚焦谐波减速器、机电一体化产品、旋转执行器、数控分度转台、无框电机、电液伺服控制器、工业自动化服务等多类产品，也是国内谐波减速器龙头企业。
2023年4月，公司与三花智控拟在三花于墨西哥的工业园内（即“三花墨西哥工业园”）共同出资设立一家合资企业，我们预计这将有助于公司在人形机器人领域的布局。
（2）双环传动
双环传动创建40+年来专注于机械传动核心部件——齿轮及其组件的研发、制造与销售，已成为中国头部的专业齿轮产品制造商和服务商之一。公司产品涵盖传统汽车、新能源汽车、轨道交通、非道路机械、工业机器人等多个领域，业务遍布全球，成为包括采埃孚、康明斯、卡特彼勒以及上汽、一汽等国内外知名企业的供应商，世界500强客户销售占比60%以上。
（3）国茂股份
国茂股份专注减速机行业30年，公司主营产品为齿轮减速机和摆线针轮减速机，年产量超70万台，产品广泛应用于工程机械、智能物流与仓储、工业自动化、冶金、环保、新能源、食品轻工、港口机械、资源开采等通用机械行业各领域。公司是国内通用减速器龙头企业，同时具有谐波减速器产品布局，未来有望在行星齿轮减速机等领域持续拓展。
（4）中大力德
中大力德始创于1998年，是一家集电机驱动、微特电机、精密减速器的研发、制造、销售、服务于一体的机电自动化企业。公司一直从事减速电机、减速器等核心零部件的生产和销售，主力产品为减速电机和行星减速器，并且还推出出微型无刷直流减速电机、精密行星减速器、滚筒电机、RV减速器、谐波减速器、伺服驱动、永磁直流减速电机等产品。
4.力矩电机
（1）步科股份
步科股份一直专注于工业自动化设备控制核心部件与工业物联网/互联网软硬件的研发、生产、销售以及相关技术服务，公司核心产品包括工业人机界面、伺服系统、步进系统、可编程逻辑控制器、变频器等，在物流设备、机器人、包装设备、食品设备、服装设备、医疗设备、环保设备等行业有广泛应用。公司第三代无框力矩电机产品可以对标国际领先产品，部分型号具备一定优势。
（2）昊志机电
昊志机电成立于2006年，是一家专业从事中高端数控机床、机器人、新能源汽车核心功能部件等的研发设计、生产制造、销售与维修服务的国家高新技术企业。公司稳步向数控机床和工业机器人等高端装备的核心功能部件领域横向扩张，目前产品涵盖PCB钻孔机/成型机/划片机电主轴、数控金属/玻璃雕铣机电主轴、数控车床主轴/电主轴、走芯车床电主轴、直结与皮带式机械主轴、加工中心电主轴、钻攻中心电主轴、高速内/外圆磨床主轴、木工雕铣机电主轴、高光及超精加工电主轴、超声波电主轴、液静压主轴、铣削动力头、末端执行机构、刀柄夹头、数控转台、直线电机、谐波减速器、数控系统、伺服电机、驱动器、传感器、燃料电池压缩机、曝气鼓风机、直驱类高速风机等数十个系列上百种产品。
5.空心杯电机
（1）鸣志电器
鸣志电器司专注于运动控制领域和智能电源领域核心技术及系统级解决方案的研发和经营，公司目前业务主要包括运动控制领域业务、智能电源领域业务、工业互联网业务、贸易代理业务、其他业务等五大板块。公司运动控制领域有控制电机类产品、启动控制类产品和传感器类产品，公司的空心杯电机产品在国内具有较好的竞争力。
（2）鼎智科技
鼎智科技成立于2008年，公司主要产品为线性执行器、各类微电机及其组件，下游客户主要为医疗设备、工业自动化控制设备等制造企业。公司在丝杠、空心杯电机市场在国内具有一定的领先性。
（3）伟创电气
伟创电气是一家专业从事工业自动化控制产品研发、生产和销售于一体的国家级高新技术企业。公司产品涵盖变频调速器、伺服驱动系统、光伏逆变器、PLC、HMI、自动化设备等。广泛应用于石油、化工、陶瓷、起重、机床、金属制品、电线电缆、塑胶、印刷包装、纺织化纤、冶金、煤矿、市政等行业。
公司2022年成立了机器人行业部，目前主要是以机器人大配套为出发点，执行端主要以低压伺服、空心杯电机、特种无框力矩电机、谐波减速器等这类产品为主。公司研制的空心杯电动机具有高转速、高扭矩、低噪音振动的优势，电机运行平稳、更精确的控制；电机结构紧凑让电机提供了更高的效率和功率密度。能广泛应用于人形机器人、检测机器人、工业自动化机器人、航空、医疗设备、工业工具、仪器仪表、电子设备等领域。
6.力矩传感器
（1）柯力传感
柯力传感成立于1995年，是目前全球称重领域物联网研发与推广应用的主要引领者之一，也是中国重要的称重元件制造及销售企业之一和工业物联网产业开拓者之一。公司主要研制和生产各类物理量传感器、称重仪表、电子称重系统、工业物联网系统成套设备。依靠公司在称重领域的制造经验与优势，公司有望在力矩传感器领域取得突破。
（2）苏州固锝
苏州固锝成立于1990年，是中国电子行业半导体十大知名企业、江苏省高新技术企业、中国半导体分立器件协会副理事长企业。公司产品包括最新封装技术的无引脚集成电路产品和分立器件产品、汽车整流二极管、功率模块、整流二极管芯片、硅整流二极管、开关二极管、稳压二极管、微型桥堆、军用熔断丝、光伏旁路模块、太阳能电池用银浆以及各种电子浆料等共有50多个系列、1500多个品种。
7.运动控制
（1）拓邦股份
公司是中国智能控制领域第一家上市公司。掌握电控、电机、电池三大核心技术，围绕控制器、电机（空心杯电机、无刷直流电机）、电芯三大产品为机器人、工具、家电等领域提供智能解决方案。
公司是国内智能控制器龙头，控制器产品在电动工具、家电、智能家居工控领域占据重要份额。
（2）雷赛智能
国内运动控制卡头部企业。公司以步进驱动器和控制器起家。驱动器位于整个运控系统的中层，公司向上延伸拓展控制器，实现了多系列产品的量产，成长为国内领先的运动控制卡供应商；向下布局伺服电机、步进电机，向市场空间更大的伺服系统拓展。根据雷赛智能招股书，公司控制器产品的客户包括涌固精密、舜宇光学、凯格精机、鑫信腾科技、东创科技、大族激光、科瑞技术等。
单台工业机器人可以仅使用1台控制器实现对所有关节的控制，但电机和驱动是1:1的对应关系。因此从营收角度看控制器目前占公司营收比例最低。但控制器技术壁垒高，客户粘性前，价值量大，是公司毛利率最高的产品，2020-2022年毛利率维持在70%左右。
（3）万讯自控
公司是掌握数控系统技术的机器人控制器供应商。公司主业为智能自动化仪表，市场地位国内领先。同时，公司自主+联合研发中高端数控系统。数控系统是数控机床的核心控制系统，是数控机床和工业机器人的底层核心技术，技术壁垒极高。自主研发数控系统体现出公司在控制器领域具备强劲技术实力。
公司联营子公司视科普是3D视觉解决方案最有经验的供应商，专注于机器3D视觉控制领域最具挑战性的Bin-Picking技术的开发。视科普基于3D视觉+AI+机器人运动规划，开发能够替代专业技术工人的智能机器人解决方案及工作站，已获得特斯拉、东风本田、上海大众、中国重汽的订单，和宝马、奔驰、大众、沃尔沃、福特、雷诺等多家汽车产业巨头合作。
（4）英威腾
英威腾以低压变频器起家，是国内低压变频器的标准起草单位之一。
公司较早着手布局运动控制器研发项目，目前已逐渐形成IMPMTC及IMC运动控制卡及控制器为技术平台，推出工业机器人控制系统，数控系统等相关产品。公司的运动控制平台和机器人EherCAT总线控制方案等机器人控制系统多次获国际奖项。公司机器人控制系统采用机器人运动学控制算法，开放式结构，功能扩展方便，目前主要应用于四轴、六轴工业机器人领域，为客户提供全面的高性能运动控制系统解决方案。
（5）海得控制
控制器领域经验丰富，自主可控、研发能力强：公司拥有20多年的自动化业务丰富经验，基于国产主芯片，自主研发了可实现冗余功能的中型e-Control系列PLC及边缘控制器等产品。其中，PLC产品整合了高性能的嵌入式技术，基于高速背板总线系统架构，将复杂的过程控制、运动控制得到完美实现；边缘控制器集PLC控制与边缘计算功能于一体，充分地适应了工业互联网发展需求。
8.人形机器人AI相关
（1）科大讯飞
公司于2023年5月6日正式发布“讯飞星火认知大模型”，并于6月9日如期升级到“讯飞星火认知大模型V1.5”。公司星火大模型在国内可测的现有系统中处于领先水平,并且制定了明确的对标ChatGPT的计划。当前，星火大模型赋能公司现有产品，助推公司相关产品营收实现快速增长。公司讯飞星火认知大模型让国产大模型架构在自主创新的软硬件基础之上，实现了核心技术底座自主可控，让AI产业发展根植在自主创新的根基上。公司与华为昇腾等强强联合，合力打造完全基于国产算力基础的认知大模型。目前，面向重点行业可私有化部署的自主可控行业大模型，已经与众多行业头部客户达成合作意向。
（2）汉王科技
公司具备深厚的AI基因，通过文本大数据等业务帮助图书馆等客户实现了从电子化、数字化到结构化、流程自动化的过渡，在数据来源端形成了独特的卡位。随着AIGC技术的持续迭代推广，内容自动生成、行业机器人等业务场景有望逐步实现GPT类技术的落地。公司在AI+文本领域拥有丰富的场景积累，在机器人技术方面有丰富的技术储备及商业化经验，有望受益于GPT类技术的持续推广。