多维测力传感器人形机器人行业专题报告：产业化渐行渐近，未来前景广阔

发布时间：2024-10-06 22:10:19

人形机器人行业专题报告：产业化渐行渐近，未来前景广阔

（报告出品方/作者：华安证券，张志邦、刘千琳）

1人形机器人行业复盘和投资方法总结

复盘：人形机器人行业复盘

事件驱动型投资，关注头部厂商技术突破。人形机器人属于强预期板块，主要是事件驱动，板块行情和特斯拉、英伟达、优必选等本体头部厂商进展高度相关。

2023年人形机器人行情在5月16日启动：主因特斯拉和英伟达相继发布人形机器人最新技术，机器人板块作为AI大模型的重要应用端受到市场重视。

2023年10月，机器人板块经过调整之后迎来第二波涨势：主因拓普集团等潜在供应商透露特斯拉机器人最新进展以及特斯拉团队来中国拜访供应链。

2024年1月以来人形机器人板块迅速下跌：主因市场流动性较差，中小股票下跌较多，1月进入业绩预告期，板块公司业绩频频低于预期，叠加1月26日特斯拉在交流会上表示2025年才可能量产机器人，进度低于预期。

从2月7日开始板块迎来超跌反弹：主因市场流动性和风险偏好的改善。2月20日，三花智控等头部供应商表示2季度 B样检测有望结束，24年底或者25年初有望进入量产阶段。

2024年3月中旬开始板块迅速下跌：主因人形机器人板块利好落地，加之年报业绩期来临，板块小幅调整。

从4月中旬开始板块迎来反弹：特斯拉、英伟达等头部厂商释放利好信息，业绩期逐渐步入尾声，美股特斯拉、英伟达、谷歌等AI头部厂商表现较好，带动A股AI板块回暖，机器人板块也随之反弹。

重点个股复盘：从炒小炒新逐步收敛到核心标的

2023年，受市场风格影响，在人形机器人板块中，小市值标的涨幅显著高于大市值标的；谐波减速器供应商丰立智能、丝杠供应商贝斯特、力感传感器供应商柯力传感涨幅居前；机构持仓较多的三花智控、拓普集团弹性弱于小市值标的。

2024年，我们通过复盘发现有业绩支撑的大市值股票抗跌性较好,小市值股票反弹弹性大。板块从炒小炒新逐步收敛到有进入头部厂商产业链的核心标的。

人形机器人投资方法论——五大维度择选优质公司

复盘总结：人形机器人产业链表现为事件驱动和炒小炒新，主要原因为这是一个终局能看清，但是中间节奏看不清，短期没有业绩的行业。股价上涨的核心都是围绕增加的期权价值，我们总结了五大维度帮助把握人形机器人产业链的投资机会。机器人应用功能增加：事件催化背后是头部厂商技术进展，增加机器人应用功能，增加潜在销量和加快量产进展，确定性和行业潜在空间提升，股价上涨； • 被头部厂商采用确定性：环节被头部厂商采用的概率增加增强了确定性和潜在空间，股价上涨；细分行业格局：细分环节的壁垒越高，格局越好，最终落实到终局可以获得较高的市占率以及净利率；定点确定性：过往与头部厂商有合作的企业获得定点概率更大；公司弹性：机器人业务占比高，受其他业务影响的公司，弹性更大。

2人形机器人关键技术：运控算法

人形机器人对工业机器人的优势：工业机器人和机械臂等更多在标准工业场景下使用，功能有限，设计人形机器人的意义在于机器人可以像人一样，在各种非结构化的场景下应用，实现多种功能的整合。

运控算法是人形机器人大规模量产的关键要素。运动控制能力是人形机器人的核心能力，在机器人执行具体任务时候，需要解决准确性和实时性问题，AI在机器人的任务和步态规划是其中最大的难点，其他的比如人形机器人行动的速度、步幅、稳定性和路径规划也都是难点。

人形机器人算法可供练习数据相对较少。人形机器人最终仍然需要往与人交互的层面上发展，要确保人形机器人在与人类做物理交互的安全不能仅依靠纯位置控制，最终能决定机器人人机交互能力的主要是AI算法及软件平台能力。相对自动驾驶和 ChatGPT等人工智能算法，人形机器人的算法难度在于可获取用于练习的数据较少。

技术发展遵循“工业——2B商业——2C家用”的路线。完全2C需要应用的场景太多样，算法和AI技术都难以满足要求。全通用场景的人形机器人实现难度较大，2B工业是最先应用的场景。2B场景更标准化、更简单，场景结构化程度高，尤其是工业场景，它更加标准，有利于标准数据收集及算法和产品迭代。

人形机器人重点发展方向

1）具身智能——专用大模型与人形机器人融合

打造具身智能人形机器人，推动专用大模型与人形机器人深度融合，提升人形机器人环境感知、行为控制、人机交互，为人形机器人注入语言理解、视觉泛化、常识推理等关键能力，加速大模型训练迭代和产品应用，提高人形机器人的“人-机环境”共融交互能力，支撑人形机器人全场景落地应用。

2）人形机器人核心部件：感知、驱动、结构

聚焦人形机器人专用传感器，突破关键核心技术，提升人形机器人视、听、力、触、嗅等综合感知能力；提升减速器、电机、关节总成、伺服驱动器等驱动执行模块的高爆发移动和高精度作业能力，提升人形机器人运动控制能力；打造仿人机械臂、灵巧手和腿足，突破本体轻量化，研究人体力学特征及运动机理，形成人形机器人新型本体结构，实现多元化。

3）应用场景落地：制造业、矿山、军警

聚焦3C、汽车等制造业重点领域，提升人形机器人工具操作与任务执行能力，打造人形机器人示范产线和工厂，在典型制造场景实现深度应用；加快人形机器人在矿山环境应用，强化复杂环境下本体控制、快速移动、精确感知等能力，实现高效、安全的矿山作业；面向要地警戒守卫场景，强化人形机器人本体安全防护能力、复杂任务智慧生成与高精度操作能力，降低作业人员危险性。

产业链价值及降本空间测算

硬件降本是人形机器人大规模量产的关键要素，六维力传感器、谐波减速器、行星滚柱丝杠和空心杯电机价值量最大，未来降本空间较大。

3人形机器人产业链拆解

机器人核心部件：执行器

人形机器人的执行器主要负责将能量转化为机器人的机械运动。执行器按运动类型可分为旋转执行器和线性执行器。旋转执行器相对于中点（即沿圆）以角度移动，主要用于使机器人的关节进行旋转运动，而线性执行器则用于推拉动作，如手臂的伸展。

执行器核心零部件包括电机、减速器、丝杠、编码器、力矩传感器等。特斯拉Optimus线性执行器的配置为：无框力矩电机*1+行星滚柱丝杠*1+力传感器*1+编码器*1+驱动器+球轴承*1+四点接触球轴承*1；特斯拉Optimus旋转执行器的配置为：无框力矩电机*1+谐波减速器*1+力矩传感器*1+编码器*2+驱动器*1+交叉滚子轴承*1+角接触球轴承*1。

机器人触觉：力矩传感器

传感器相当于机器人的触觉，力矩传感器是一种用于测量物体所受到的力矩或扭矩的传感器。力矩是绕轴旋转时的力的效果，可以是静态力矩（未产生旋转的力矩）或动态力矩（产生旋转的力矩）。力矩传感器的作用是将物体的力矩转化为电信号。

按照测量方向分类，可分为一到六维力传感器。六维力矩传感器是性能最优、技术壁垒最高的力矩传感器。在笛卡尔坐标系中，单轴力传感器只能检测一个方向的力值，无法测量其他方向的分量；三维力传感器能够检测X、Y、Z三轴方向的垂直力，但需要保证Z轴方向与重力方向一致，否则力值测量容易引起误差。而六维力矩能够同时测量三个轴向力Fx、Fy、Fz和三个轴向力矩Mx 、My、Mz，能够满足任何方向上力的检测，是功能最全面的力矩传感器。

六维力传感器的核心技术是弹性体的结构设计，这影响着传感器的灵敏度、动态性能、维间耦合等关键性能参数。六维力/力矩传感器的结构主要有一体化结构和Stewart并联结构两种。一体化结构的六维力传感器包括竖梁式、横梁式、复合梁式、圆筒式等。

六维力传感器技术壁垒：消除维间耦合，六维联合加载

六维力传感器测量的准确度通常由串扰、精度、准度等指标表示。1）串扰：用来衡量多维力传感器各测量方向间的耦合影响，可以反映测量误差水平，是体现产品性能的关键指标之一；2）精度：衡量测量结果之间的重复性；3）准度：衡量测量结果与理论真值的偏离程度，更能体现产品的综合性能，是多维力传感器最为核心的技术指标之一。

六维力传感器的技术壁垒较高。六维力/力矩传感器提升性能、降低误差的关键是消除维间耦合，目前消除维间耦合的解耦方法常见有硬件解耦和软件解耦两种。多维测力传感器的加载标定是制约其研制的技术瓶颈，对六维力传感器而言，标定需要同时考虑六个维度，其在承受多个维度力的同时作用时非线性特征显著，需要应用六维联合加载。

六维联合加载设备是高精度六维力传感器研发和生产的必要条件。六维力传感器标定检测设备可以对力觉传感器实现正交三个方向力和三个方向力矩的同时精确加载，只有在传感器标定和检测过程中采用这种六维联合加载的方式，才能实现0.5%FS准度。六维联合加载设备的研发涉及到空间光学定位、载荷位移补偿、机电一体化等多项综合技术，非常依赖工程经验。

六维力传感器格局：国内宇立仪器相对领先

力矩传感器领域国内外头部厂商差距较大，国内宇立仪器和坤维科技相对领先。宇立仪器在工业机器人磨抛行业和汽车碰撞测试行业应用较多，坤维科技在协作机器人、医疗手术机器人、医疗检测机器人和康复机器人领域优势显著。近年来中国力矩传感器市场入局者逐年增加，但受限于该行业的高技术壁垒，真正具备批量供应能力的厂商依然较少。从行业集中度来看，目前行业内出现少数头部厂商企业，但是受制于技术壁垒，暂时未形成大规模的生产优势，因此行业集中度处于中等偏高水平。

滚柱丝杠重要指标：精度

精度是滚柱丝杠重要指标，在人形机器人应用时同时追求运动丝滑性。滚柱丝杠评估指标众多，人形机器人主要关注高精度、负载大、结构紧凑等性能。滚柱丝杠选型时重点关注几个指标：精度等级、效率、速度、负载、额定寿命及刚度等。按照ISO、DIN及JIS规定，精度一般分为C0、C1、C3、C5、C7、C10，通用机械选C7或以下，高精度数控机械选C3-C5，光学或检测机械选C3以上，机器人机械手臂（精密级）精度要求在C1-C4级，机床高精度磨床要求在C0-C2级。在人形机器人应用中，滚柱的精度与滚珠不同，滚珠追求导轨精度，而滚柱同时追求运动的流畅性。目前滚柱丝杠精度可达C1级别（±5um/ 300mm），由于结构设计其实际精度表现优于滚珠同等级标定。

机器人关节动力：无框力矩电机

机器人关节所采用的控制电机主要可分为伺服电机和步进电机。步进电机具备易用和成本优势，而伺服电机在精度、过载能力、频距等性能方面的优势更加明显，力矩电机与空心杯电机都属于伺服电机，更适合应用在机器人关节与灵巧手。步进电机通过控制脉冲个数来控制转动角度，从而准确定位；伺服电机通过控制脉冲时间的长短控制转动角度。