人形机器人产业链拆解及零部件主要构成分析
思瀚产业研究院 华安证券    2024-05-06

人形机器人在AI的赋能+重磅玩家入局下，有望实现革命性突破，远期市场规模达万亿；华为成立机器人公司，特斯拉Optimus量产可期，可以看到赛道天花板高毋庸置疑，市场纠结的是能否实现0-1的突破，一旦产品是惊艳的，可以展望100万台-1000万台-1亿台的非线性增长。

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。

人形机器人产业链拆解

上游主要系硬件（零部件）和软件系统供应商，零部件包括精密减速器（谐波减速器、RV减速器、行星减速器）、伺服电机（ 无框力矩电机、空心杯电机）、丝杠、传感器（视觉传感器、力传感器、IMU）等；软件部分包括感知软件（语音识别、视觉识别、位置识别、运动识别）、认知软件（语言处理、深度语义、知识图谱）、决策软件（路径规划、行为决策）等。根据Tesla AI day数据，一台人形机器人通常包括线性系统、旋转系统、灵巧手、感知系统和芯片、锂电等组成

1、减速器

减速器是连接动力源和执行机构的中间机构，具有降低转速、放大扭矩的作用。精密减速器作为其中一种，具有体积小回程间隙小、精度较高、使用寿命长、更加可靠稳定等优点，被广泛应用于机械加工、机床、冶金设备、起重设备、矿山设备、汽车制造、纺织机械、塑料机械等行业。与此同时，自动驾驶、物联网、新能源汽车等新兴行业也开始陆续采用精密减速器。目前，精密减速器已发展成谐波减速器；RV减速器；精密行星减速器、摆线针轮减速器、滤波减速器三大类产品。

全球机器人领域中，RV减速器、谐波减速器的市场销售数量占比均为40%左右，精密行星减速器、摆线针轮减速器、滤波减速器等共占20%左右。

2、伺服电机

伺服系统由伺服驱动器和伺服电机组成，具备精准定位、高精度稳速运行、快速转矩调节等特点。伺服电机是一种精确运动控制的执行电动机，在伺服控制系统驱动控制下，实现电动机轴上的扭矩、角速度和/或角位移输出；伺服驱动器作用是将运动控制指令转化为驱动伺服电机做出相应运动的驱动电力（包含电流、电压、频率等要素）。

伺服电机的发展主要经历了三个阶段。20世纪60年代以前（1960年以前），此阶段是以步进电动机驱动的液压伺服马达或以功率步进电动机直接驱动为中心的时代；20世纪60－70年代（1960-1979），这一阶段是直流伺服电动机的诞生和全盛发展的时代 ；20世纪80年代至今（1980年至今），这一阶段出现了无刷直流伺服电动机，交流伺服电动机等多种新型电机。

伺服电机行业的上游主要是稀土、IC制造与元器件和硅钢等原材料和电子零部件，下游主要为应用领域，包括纺织机械、医疗设备、工业机器人、航空航天等。

3、丝杠

丝杠按其摩擦特性可分为三类:即滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠。其中滚动丝杠因其启动阻力小、低速运动平稳性好、传动效率高、耐磨性好，寿命长、定位精度高、微量位移准确、精度保持性好等特点，应用最为广泛。

滚动丝杠分为滚珠丝杠和行星滚柱丝杠，滚珠丝杠具有摩擦力小、传动效率高、精度高等特点；滚柱丝杠具有高承载、耐冲击、体积小、高速度、噪音低、寿命长等特点。

4、传感器

传感器是指能够感知并转换物理量或化学量为电信号的装置，是人形机器人的“感官”，负责采集和处理环境和自身的各种信息，为机器人的决策和控制提供数据支持。我们重点关注人形机器人力传感器的研发进展，包括六维力传感器、一维力传感器以及压力传感器等。

•在机器人技术中，传感器可根据用途分为内部传感器和外部传感器。内部传感器主要用于监测机器人的内部状态，如位置、速度和加速度，主要包含位置传感器、速度传感器、力传感器、平衡传感器和加速度传感器等；外部传感器则专注于捕捉机器人外部环境的信息，例如距离、声音、光线和触觉，主要包含视觉传感器、触觉传感器、听觉传感器、嗅觉传感器、味觉传感器和接近觉传感器等。

根据Statista数据，2021年传感器全球市场规模为2325.9 亿美元，预计2025年传感器全球市场规模将超过3000亿美元，复合年均增速为8.04%。

传感器的种类极多，下游应用主要集中在家电、汽车、工业自动化控制与设备、医疗器械和飞机船舶使用。根据赛迪顾问对中国传感器行业市场规模的测算，2016-2019年，中国智能传感器行业市场规模CAGR约为16.4%，随着我国3C电子、新能源汽车等领域对传感器需求的愈加旺盛和未来下游市场的高速发展，前瞻产业研究院预计未来五年传感器制造行业CAGR将达到19%，预计2026年中国传感器行业市场规模将达到7000亿元左右。

其中，力传感器、触觉传感器和IMU（惯性传感器）是人形机器人感知层的核心零部件。

5、机器视觉

机器视觉是用机器代替人眼来做测量和判断，通过光学的装置和非接触的传感器，自动接收和处理真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置。

机器视觉行业产业链环节较长，上游由工业镜头、工业相机、光源、图像采集卡、软件及算法构成，中游为设备商和系统集成商（主要负责软件的二次开发和设备制造），下游应用广泛，包括 3C、半导体、锂电、光伏、汽车、包装印刷、物流、轨道交通、生物医药、食品加工、轻工皮革等领域。

其中，电子领域占比 24.79%，主要应用在电子元器件、PCB 缺陷检测以及外观结构部件等方面的检查与测试；新型显示领域占比12.15%，主要应用在玻璃基材、ITO 玻璃镀膜、丝网印刷和切割、背光模组、触摸屏组贴合、盖板玻璃制造等工艺的检测与校验；汽车制造领域占比 8.39%，主要涉及车身装配检测、面板印刷和质量检测、零部件表面缺陷检测等；电池领域占比 8.29%，主要涉及锂电领域及光伏领域中相关电池来料的质量检测、生产过程的缺陷监控以及成品电池的检验测试；

印刷领域占比 6.46%，主要为印刷智能化提供印刷设计问题拦截、印刷过程质量控制、出厂质量终检机系统生产管理优化等功能；半导体领域占比5.53%，主要应用在晶圆切割、AOI光学检测、芯片字符对位和识别等工艺流程。

目前，中国为全球机器视觉第一大技术来源国，截至2021年8月，中国机器视觉专利申请量占全球机器视觉专利总申请量的78.70%；其次是美国，占14.20%，日本和韩国排名第三和第四，占比分别为1.05%和1.02%。

根据Markets and Markets的数据，2012-2022年，全球机器视觉市场规模呈现不断上升的趋势，2022年市场规模达120亿美元，预计2022-2027年的复合年增长率为7.4%，至2028年，全球机器视觉市场规模将接近185亿美元。

GGII 数据显示，2021年中国机器视觉市场规模达到138.16亿元，其中2D视觉市场规模126.65亿元，3D视觉市场约为11.51亿元，到2025年我国机器视觉市场规模将达到472.65亿元，2021-2025年复合增速达到36%。预计2026-2028年中国机器视觉行业将继续保持高速增长，其中，随着2D视觉逐渐向3D视觉升级，保守预测3D视觉市场以50%的增速增长，2D视觉市场以10%的增速增长。至2028年，中国机器视觉行业市场规模将达到869.92亿元。

全球机器视觉市场仍由外资主导，基恩士和康耐视为机器视觉行业双龙头。2021年，基恩士以54.9%的市场份额位居行业第一，遥遥领先于其他企业；其次是康耐视，市场占有率为9.1%；巴斯勒、天准科技和奥普特依次位列第三至第五位，分别占比2.2%、1.7%、1.2%。

中国机器视觉市场的参与主体主要有两类，第一类是老牌的外资机器视觉企业，第二类是新兴自主研发的内资企业。外资企业发展时间长、品牌知名度高、技术研发能力强、产品性能及可靠性高、产品种类及方案积累多、管理更为完善、对市场判断准确、规划性强，但同时，外资企业产品设计普遍标准化、应对国内客户较多的应用场景及定制化偏好有一定的难度、产品价格相对较高，在客户整体成本压力不断上升的环境下处于相对劣势。

与外资企业相对比，内资机器视觉企业发展时间较短、知名度较低、技术研发能力不强、自主研发产品的性能及稳定性与外资品牌还具有一定差距，但内资企业对国内客户需求及市场更为了解、能够提供灵活化及定制化的服务、快速响应客户需求、供货周期短、成本优势明显、市场份额逐年增长。

人形机器人中，机器视觉技术的主要用途是实现视觉感知和交互。• 视觉感知层面，人形机器人需要通过摄像头等传感器获取周围的环境信息，例如障碍物、人和物品等，以此做出相应的行动。机器视觉技术可以通过识别图像和视频中的目标，如人脸、手势、表情等，实现智能化的感知。

人机交互领域，人形机器人需要与人类进行交互，使其具有更加人性化的功能和行为表现。机器视觉技术可以通过识别人类的面部表情、手势等，来实现人机交互和情感交流，从而增加其交互体验和智能化的感知。•

机器视觉技术在人形机器人发展中的优势在于其具有精确性强、速度快、适应性强、客观性高、重复性强、检测效果稳定可靠、效率高、方便信息集成等特点，可以使人形机器人更加能够感知周围环境，并根据所获取的信息做出相应的动作和反应，从而增加其更加人性化的功能与表现，这将会提高人形机器人在各个领域中的应用价值和前景。但其需要满足高精度、大数据量和实时性等多个方面的要求，同时还需要具备更高的安全性、智能化和可靠性等技术挑战。