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1、MARKET ANALYSIS M n R嘉世咨询mnariMCcmuithcmuamh人形机器人行业简析报告Thehumanoidrobot商业合作/内容转载/更多报告版权归属上海嘉世营销咨询有限公司全球机器人行业进入智能应用期 全球机器人行业的发展经历了萌芽阶段（20世纪40-50年代）、初级阶段（20世纪60-70年代）、迅速发展阶段（20世纪80-90年代）、智慧化阶段（21世纪初一至今）等四个阶段。 当前阶段，随着感知、计算、控制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等人工智能技术在机器人领域的深入应用，机器人领域的服务化、智能化、通用化趋势日益明显。 在日本，机器人
2、的关键性部件一减速器是遥遥领先的，并且已经形成了技术壁垒；德国则在原材料、本体零部件具有很大的优势；美国当前在人形机器人方面、机器人Al技术方面引领潮流。全球机器人历史发展阶段20世纪40-50年代萌芽阶段20世纪60-70年代初级阶段20世纪80-90年代迅速发展阶段21世纪初至今智慧化阶段美国橡树岭等国家实验室取得初步研究成果德国、日本第二次世界大战后劳动力短缺，工业基础好计算机技术、传感器技术迅速发展制造业升级，工业自动化,机器人代替人1945年第一台可编程式机甥人诞生，具备了机器人雏形按程序重复作业具备初步感知、反馈能力,在工业生产中广泛应用具有逻辑思维、决策能力2. “具身智能”被认
3、为是人工智能的终极形态具身智能(EmbOdiedAI)指的是具有身体的人工智能，是Al进入物理世界交互的载体。它包含Al领域几乎所有的技术，包括机器视觉、自然语言理解、认知和推理、机器学习、机器人学等，横跨多个学科方向，是人工智能的集大成者。目前，具身智能已经成为国际学术前沿研究方向，包括美国国家科学基金会在内的机构都在推动具身智能的发展，各大国际学术会议也在越来越多地关注具身智能，美国顶尖高校已经开始形成具身智能研究社区。具身智能为人工智能终极形态进化优化具身机器人四大挑战机器人不能够像大语言模型样仃个基础大模型直接步到位，做到最底层的控制,人工设计强化学习如何把机器人多模态的感官感知全部融
4、合起来，仍面临诸多难题需要解决。利用形态产生行为利用形态控制行为利用行为实现学习利用学习提升行为利用学习优化形态机器人的发展需要收集很多数据，其中也面临很多安全隐私等方面的问题。计算能力的挑战。即使谷歌TranSfOrmer模型，要做到机器人控制，距离 实际需要的控制水平仍有许多事情要做。人形机器人有望成为“具身智能”终极载体人形机器人一方面由于其与人类相似，能够更好地服务人类，所以有望成为数量最大的机器人类型：另一方面由于其下游应用广泛，所以有望接触更多复杂场景。得益于未来人形机器人基数大&场景豆杂的特性，其有望成为具身智能最好的教体。今年，微软、OpenAkEngineeredArts,特
5、斯拉等公司相继推进Al+机器人布局，且已有人形机器人投入实际使用，如IXTeChnHogies披露其人形机器人EVE自今年4月以来已在美国和欧洲投入实际工作(担任保安)。腾讯Robotics X实验室推出自研机器人灵巧手(TRX-Hand)和机械臂(TRX-Arm);北京小米机器人技术有限公司成立。英伟达开发IndustReaI用帮助机器人解 决仿真中的装配任务；谷歌DeePMind推出用于机器人的Al智能 体。宣布正在探索如何将ChatGPT扩展到机器人领域，旨在让人类用自然语言控制机器人等硬件平台。7凶=enAI领投挪威人形机器人公司OPen Al, Engineered ArtSlF斯拉
6、、英伟达、1X、优必选IXTechnologies;EngineeredArts展示接入GPT-3的Ameca. 2023特斯拉股东大会.上展示了接通FSD尊法的人形机器人0pimus以新进展； 黄仁勋表示人工智能的下一个浪潮将是具身辔能; IXTechnoIogies人形机落人己在美国和欧洲也仃仅安: 优必选发布WalkerX在钟意工厂“中工作的演示视频 达阔展示接入大模型的类人形机器人； 李飞飞团队将大模型接入机器人实现零训练行动规划； 谷歌发布机器人研究新进展RT-2软件决定人形机器人高度人形机器人本质是Al系统落地物理世界的最佳载体，算法是核心，需与硬件匹配。算法对运动能力的控制，包括
7、本体平衡、行走的步态、手部抓取等规划与控制。这需要成熟的感知系统基础、强大的算法分解任务和规划动作、大模型不断仿真训练以及超强的算力支撑，同时要求算法与硬件相匹配.这要求机器人企业需自研算法，并持续更新迭代。传感器、专用芯片等：中游为机器人本体制造，包括设计、制造、测试三大环节;下游为人形机器人应用领域,人形机器人产业链主要包括上游的核心零部件，例如无框力矩电机、空心杯电机、包括工业制造、仓储物流、医疗服务、商业服务、家庭使用等。人形机器人软硬件架构示意图软件决定人形机器人高度人形机器人行业产业链F-核心零部件中游-人形机本体下游人形机器人应行星滚柱”杠执行器总成机器人本体设计O机器人木体制造
8、J机器人本体测试 数据来源：公开数据整理：嘉世咨询研究结论：图源网络人形机器人三大驱动模式人形机器人包括液压，气动和电机三种驱动方式。相比于液压驱动、气动驱动，电机驱动可采用多种灵活的控制方案，运动精度高，成本低，驱动效率高，能保证机器人能完成高复杂、高精度的动作。因此，基于电机驱动的人形机器人商业化机会更高。驱动方式液压驱动气动驱动电机驱动特点液压驱动系统通常由液动机（各种油缸、油马达）、伺服阀、油系、油箱等组成，以压缩机油来驱动执行机构进行工作。气力驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空压机（或由气压站直接供给）等组成，以压缩空气来驱动执行机构进行工作。电力驱动是利用电动机产生的力矩，直接或经
9、过减速机构驱动机器人，以获得所需的位置、速度和加速度。优点操作力大、体积小、传动平稳且动作灵敏、耐冲击、耐振动、防爆性好。空气来源方便、动作迅速、结构简单、造价低、维修方便、防火防爆、溜气对环境无影响。电源易取得，无环境污染，响应快，驱动力较大，信号检测、传输、处理方便，可采用多种灵话的控制方案，运动精度高，成本低，驱动效率高。缺点液压驱动系统对密封的要求较高，且不宜在高温或低温的场合工作，制造精度较高，成本较高。操作力小、体积大，由于空气的压缩性大、速度不易控制、响应慢、动作不平稳、有冲击。动态形态有限、功率密度有限。使用范围液压系统具有较大的功率体积比，适合于大负载情形:安全要求高的场景。
10、因气力驱动系统的压强一般只有60MPa左右，此类机器人适宜抓举力要求较小的场合。适合于中等负载，动作复杂、动作轨迹严格的机器人应用产品波士顿研发的AtlasfC东京大学研发的Liberobotsr本田ASlM0、AgiIityRObotiCS研发的Digit、优必选Walker、特斯拉OPtimUS我国政策引导人形机器人产业发展2023年我国相关政策密集出台，积极推动人形机器人产业发展。2023年5月31日，深圳市提出建设IoOO亿元人工智能基金群，推动智能机器人发展：6月15日，上海市在三年计划中提出加快人形机器人创新发展：6月28日，北京市提出集中突破人形机器人原型机关键技术：9月13日，
11、工信部以榜单的形式鼓励各社会部门积极突破人形机器人核心技术。目前人形机器人产业尚处发展初期，我国各部门相关政策的密集出台有助于抢占行业先机，为人形机器人产业创建良好的发展环境，未来人形机器人行业有望在政策的持续催化下迎来加速发展的契机。我国政策引导人形机器人产业发展地区文件内容2023/5/31深圳市深圳市加快推动人工智能高质量发展高水平应用行动方案(20232024年)统筹设立规模1000亿元的人工智能基金群，创建人工智能先锋城市;提出民生诉求平台嵌入民意速办AI机器人，积极孵化高度智能化的生产机器人，孵化高度智能化的生产机器人。.2023/6/15上海市上海市推动制造业高质量发展三年行动计
12、划(20232025年)深入贯彻制造强国战略，努力打造高端制造业增长极;打造世界级产业集群，提出加快人形机器人的创新发展。2023/6/28北京市G北京市机器人产业创新发展行动方案(20232025年)加快推动机器人产业创新发展，紧扣机器人智能化、仿生化、模块化发展趋势，打造全球机器人产业高地;加紧布H人形机器人，支持高效和企业开展人形机器人研发攻关，集中突破人形机器人通用原型机和通用人工智能大模型等关键技术。2023/9/13工信部2023年未来产业创新任务揭榜挂帅工作加快人形机器人等未来产业的创新发展，鼓励企业、金融机构、科技服务机构、高校、科研院积极参与，发掘培育批掌握关键核心技术、具备
13、较强创新能力的优势单位，突破批标志性技术产品，加速新技术、新产品落地应用。人形机器人市场规模或超千亿美元人形机器人应用领域广泛，理论上能应用于绝大多数行业。传统的机器人分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三类，能覆1的卜.游场景有限，而人形机器人在结构上与人类类似，理论上能覆盖所有涉及人类作业的下游场景，未来有望应用于多个下游行业。据高盛预测，未来1015年人形机器人市场空间至少达60亿美元，最理想情况下预计2035年人形机器人市场空间有望达1540亿美元。从远期来看，马斯克预计人形机器人数量将远超电动车，假设人形机器人与人口比例为2：1,未来人形机器人需求量有望达到100200亿台。28全
14、球人形机器人市场规模预测趋势（亿美元）30年全球及中国人形机器人行业市场规模预测（亿美元）人形机器人零部件国产替代空间大2023年人形机器人核心零部件价值量排名前三的是无框力矩电机、减速器和力传感器;2030年无框力矩电机价值量占比卜降，力传感器、减速器价值量占比上升，且力传感器将超过减速器，排名第二、三者合计占比仍超过50%。从单机价值量占比来看，无框力矩电机、减速器和力传感器价值量占比较高：从降本空间来看，空心杯电机、无框力矩电机等降本空间较大：而从国产替代空间来看，行星滚柱丝杠、空心杯电机、惯导imu等国产化率较低，国产替代空间大。人形机器人核心零部件价值量分布图预测机器人行业核心零部件
15、国产替代空间对比 无框力矩电机 减速器 力传感器 丝杠 空心杯电机惯导imu其他核心零部件2023单机 价值量占比国产化率部分代表企业无框力矩电机21%中等步科股份、利川科技、昊志机电等减速器16%较高绿的谐波、吴志机电、国茂股份、秦川机床、丰立智 能双环传动、中大力德、科风智能等力传感器16%中等柯力传感、吴志机电等丝杠14%低五洲新春、新剑传动、贝斯特、恒立波压、秦川机床、 鼎智科技、利川科技、长盛轴承、南京工艺等空心杯电机4%低鸣志电器、鼎智科技（江苏雷利）、托邦股份等惯导imu1%低芯动联科、华依科技、苏州固铝等开数据整理中国第一、二产业人形机器人替代市场空间大 农业机器人的成本偏高被
16、认为是其发展的最大制约因素之一，制约了市场的增长。随着未来人形机器人成本的下降，农业人形机器人将有巨大的机会。 根据中国煤炭工业协会数据，个人形机器人可以不间断的工作，替代3个矿工，按照1：3的比例，人形机器人在中国煤矿领域潜在的市场空间也达千亿元。 未来人形机器人可替代“危、繁、脏、重”施工作业。这部分工作若由人形机器人代替，考虑到建筑行业是世界上数字化程度最低、Iii动化程度最低的行业之一。即使在1%替代率的保守假设下,按机器人单体30万的价格来计算，国内潜在市场空间也在千亿以上。我国第一、二产业人形机器人替代市场空间预测当前就业人数（万人）机器人单价（万元）预计替代比例（下限）预计替代比
17、例（上限）潜在市场空间下限（亿元）潜在市场空间上限（亿元）农业17700301%5%531026550建筑5164301%10%154915492当前就业人数（万人）机器人替人比例机器人单价（万元）机器人数量（万）潜在市场空间（亿元）煤矿1221：330411220制造业104711：3.330317395194中国第三产业人形机器人替代市场空间 在家庭服务机器人领域，陪伴是一个未被解决的刚需。陪伴机器人就是以情感识别为特征，聚焦家居陪伴，涵盖儿童陪伴、老人陪伴、宠物陪伴等场景，而人形机器人的独特优势正有望替代家政清洁和家庭陪伴两种刚需场景，可有粘性地融合于家庭，成为智栽家庭的一部分。 物流工
18、作重复性、机械性较强，且工作时长较长，较大的工作强度使得机器人方案具备合理性。这部分物流的工作若由人形机器人代替，即使在5%替代率的保守假设下，仅国内潜在市场空间就在千亿以上。 在商用领域，仅假设餐饮、旅游和酒店三个细分赛道，用保守5%的人形机器人替代率，未来国内市场空间就可以达到百亿元。我国家庭/物流行业人形机器人替代市场空间预测当前就业人数（万人）机器人单价（万元）预计替代比例（下限）颈计替代比例（上限）潜在市场空间下限（亿元）潜在市场空间上限（亿元）家庭服务3760305%30%564033840细分翎t当前就业人数（万人）机器人单价（万元）颈计替代比例（下限）预计替代比例（上限）潜在市
19、场空间下限（亿元）潜在市场空间上限（亿元）物流服务快递300305%30%4502700外卖7305%30%10506300合计100015009000我国商用行业人形机器人替代市场空间预测细分领域当前就业人数（万人）机器人单价（万元）计替代比例（下限）预计替代比例（上限）潜在市场空间下限（亿元）潜在市场空间上限（亿元）商用餐饮253305%30%3792275旅游28305%30%42252酒店274305%30%4112466合计5558324993各家企业持续推动人形机器人降本过去高昂的成本是制约人形机器人大规模量产的关健因素，降本将是人形机器人商业化推广的必由之路。过去一台AtIaS造
20、价高达200万美金，这也导致其至今难以走出实验室、走向商业化。在电机驱动方案中，伺服驱动器将位置、速度、扭矩传输给伺服电机，伺服电机将接收到的电压信号转换为扭矩、转速，虽然扭矩密度远低于液压驱动，但电机驱动可以通过搭配减速器来加以补足，其现有技术已能满足机器人的多数运动需求，同时拥有能量转化效率、易维护、低成本、零件规整等优势。使用电机驱动和液压驱动方案的人形机器人对比比较项特斯拉OPtimUS优必选WalkerX小米CyberOne波士顿动力Atlas成本2万美元以下（目标）10万美元以下10万美元左右200万美元.驱动方式电机驱动电机驱动电机驱动液压驱动动力扭矩峰值-200Nm300Nm8
21、90Nm（旧版）12 .人形机器人的竞争格局随着零矩点(ZMP)稳定性理论被攻克，人形机器人逐步由静态机转向动态机发展。波士顿动力、软银、亚马逊等企业纷纷布局人形机器人行业，2021年特斯拉强势入局，推动了全球人形机器人行业加速发展。在全球人形机器人产业逐步成长的背景卜.，2000年国内首台人形机器人“先行者”(国防科大发布)问世，并涌现了优必选、小米、傅利叶、达阔等一批人形机器人主机厂。各主机厂人形机器人布局型号生产商国家发布时间参敷产品特点ASIMO本田日本2000年身高13m,体重48g,最大速度是9kmh,全身57个关节实现小跑、单脚跳、上下楼梯以及踢足球等系列星杂运动Adas波士顿动
22、力美国2013身高1.5m,体重80g,速度1.5ms,依靠28个液压执行器实现各种高难度运动高动态的运动性能，能做高难度运动动作Walker优必选中国2016年身高1.3m,体重63kg,具备36个高性能伺服关节突破了波动地形上的自平衡，力位混合控制，不平整地面行走等技术GingrXR-I达阔中国2019年身高16m,重62kg,能够最快以1ms速度移动，全身共34个智能柔性关节SCA具备抓取负载能力,能完成端茶倒水、穿针引线等高难度更杂动作AmecaEngincredAts英国2021年高1.87m,重49kg,身体共有52个模块，支持51种关节运动实现人类面部表情的高度模仿，但运动功能非
23、常有限CyberOne小米中国2022年身1.77m,体重52kg,单手握持1.5千克重物、多达21个自由度感知人类情绪，具有视觉建模能力Optimus特斯拉美国2022年身高1.72m,重量73kg,负载9kg,全身共28个自由度，咒巧手11个自由度具有自由行走和自我组装的能力;可以在不同的环境中自主导航GR-1俾利叶中国2023年身高1.65m、体重达到55kg.全身自由度多达40个，步行速度可达到5kmh,负乖50kg采用自研FSA高性能一体化执行器，拥有强大且灵活的运动性能远征Al智元中国2023年身高1.75m,体重S53kg,最高步速可达7kmh,全身49个自由度，整机承重80kg
24、,单赭最型载5g成本价不到20万元，自研核心关节电机POWerFIOW,灵巧于5kilHand,统软件框架AgiRoS,语言任务模型WorkGPT,具身智脑El-Brain架构数据来源：公开数据整理：嘉世咨询研允结论：图源网络13 .大模型有望促进人形机器人加速落地人工智能算法是人形机器人的“灵魂工人形机器人软件架构自下而上可大致分为算力、操作系统、人工智能算法与应用四个层级，其中人工智能算法包括感知算法、运动控制算法、大语言模型与其他Al算法，是人形机器人.智能性”的来源。大模型蓬勃发展，催化人形机器人加速落地。TranSfOrmer架构解决了传统RNN和CNN无法解决长距离信息关联的难题，
25、推动人工智能向大模型时代迈进，以ChatGPT为代表的大语言模型的率先落地验证了其可行性，未来更多大模型有望逐渐成熟。伴随着大模型的发展，人形机器人的可用性有望显著增强，相关产业链有望加速落地。人形机器人软件架构Tesla有望将电动车能力复用至人形机器人应用端应用层人工智能算法感知算法运动控制算法感知算法占用网络模型Transformer+BEV自平衡系统WFSD+深度学习Linux人工智能算法人工智能算法TeslaDojo、D1芯片、FSD芯片整体而言，人形机器人赛道处于相当早期的阶段，当前并未形成产业化，各大参与者以研发为主，赛道的参与者主要将其定位为基础研究平台。从产业链发展趋势来看，“
26、核心零部件生产+本体生产+系统集成”的全产业链模式的厂商将会获得优势竞争地位。人形机器人引发了一系列伦理问题，包括机器人是否应该拥有权利、如何处理机器人的责任问题以及机器人在决策中的角色等。社会需要制定相关法律和伦理准则来解决这些问题，以确保人形机器人的发展不会伤害社会价值观和道德标准。数据来源：公开数据整理：嘉世咨询研究结论：图源网络I.人形机器人行业四大发展趋势人工智能技术让机器人可以实现多模态发展，从语音、视觉感知、决策、控制等多方面为机器人更好进行学习训练和进化，使人与机器人之间的交互形式更加多样，除了语言、肢体之外，人形机器人在未来更是有望仅通过观察人类表情就获得指令。+”加速机器人应用拓展在人工智能、新型传感、生物仿生、新材料等多种技术融合驱动下，机器人向复杂精密场景渗透的步伐不断加快，在未来可落地的应用场景进一步打开了想象空间，并在关键零部件性能提升，拓展应用深度广度，有力支撑行业数字化转型、智能化升级。
