杏彩体育:机械行业2023年中期策略：山止川行静水流深（附下

　　2021 年 8 月 19 日，特斯拉在首个 AI 日上发布人形机器人“Optimus 擎天柱”概念介绍， 其身体由轻量材料覆盖，眼睛搭配摄像头和车载 FSD 芯片方案，双脚可感应反馈，实现 平衡和敏捷动作，全身累计搭载 40 个机电执行器，将实现危险枯燥劳动的替代。

　　此外，该机器人配备特斯拉 Dojo（道场）超级计算芯片作为“大脑”，赋予人工智能强大 学习能力，搭载特斯拉自主研发的神经网络训练芯片 D1，以 120 个训练模块组装成 ExaPOD，成为世界上首屈一指的人工智能训练计算机，与业内其他产品相比，同成本下 它的性能提升 4 倍，同能耗下性能提高 1.3 倍，占用空间节省 5 倍。Optimus 配备与特斯拉车辆相同的自动驾驶软件，同时具备 Wi-Fi 和 LTE 网络连接能力， 拥有与汽车一样的视觉感知，使用摄像头输入数据，以神经网络进行计算，可以实时侦 测环境中的物体动向。目前“擎天柱”可以完成下蹲、拿/搬运箱子、抓取物体、浇花等 一系列动作，并且可以部署在特斯拉工厂内进行工作，对行走的路径形成记忆。

　　2023 年 5 月 16 日，特斯拉在 2023 股东大会上，发布了 Optimus 人形机器人最新演示视 频。在机械关节控制方面，特斯拉机器人电机扭矩控制，力度控制更加精确灵敏；在感 知方面，该机器人环境感知和记忆能力提升不仅可以看路，亦会记路；在学习方面， Optimus 可根据人类动作范例，进行端到端动作操控。马斯克称特斯拉的长期价值将主要 来自人形机器人，并预测人形机器人需求将达 100 亿台，远超汽车，如果机器人与人的 比例为 2:1，需求将达到 200 亿台。

　　2022 年 8 月 11 日，小米秋季新品发布会中展示出全尺寸人形仿生机器人 CyberOne，身 高 1.77 米，体重 52kg。从情绪感知方面来看，能感知 45 种人类语义情绪，分辨 85 种环 境语义；关节控制方面，使用小米自研全身控制算法，协调运动 21 个关节自由度并能实 现各自由度 0.5ms 级别的实时响应；在运动控制上可实现双足运动姿态平衡，全身 5 种 关节驱动，峰值扭矩 300Nm，支持单手握持 1.5kg 重物、反向拖动上肢复现运动等功能。目前 CyberOne 的成本每台大概 60~70 万元，尚无法实现量产。

　　CyberOne 的研发涉及包含仿生感知认知技术、生机电融合技术、人工智能技术、大数据 云计算技术、视觉导航技术等各领域的尖端技术。CyberOne 搭载小米自研的三维重建算 法，以及空间视觉模组实现 8 米内深度 1%的信息精度，另外，通过深度相机配合 AI 相 机帮助机器人收入真实场景和物体，并支持 GPS 时钟同步并配合双麦克风识音系统收集 外界声音实现视觉和听觉感知。

　　小米 CyberOne 和 Tesla Bot 两款人形机器人的身高体重所差无几，但 Tesla Bot 配备了更 多的电机以及谐波减速器，甚至在手部就有 12 个自由度，所以 Tesla Bot 拥有更高的灵 活性以及智能操作性，而 CyberOne 手部类似“夹子”，手指并无操作自由度。此外，相 比 CyberOne，Tesla Bot 不仅能够走得更快负重能力也更强。

　　特斯拉人形机器人由硬件层和软件层两大类构成。软件层配有特斯拉 AI，为特斯拉汽车 FSD 算法的横向迁移；硬件层主要包括旋转执行模组、直线执行模组和灵巧手，由上至 下分为（1）控制模块：机器人的中央处理器在躯干中，是其自动驾驶相关的硬件和软件 的横向迁移，能够支持 WiFi 通信和音频。（2）感知模块：外部传感器和内部传感器两大 类，包括位置（编码器）、力矩、力量等。（3）运动模块：包括驱动装置、执行装置、传 动装置等，包括减速器、行星滚柱丝杠、无框转矩电机、空心杯电机等。（4）动力模块：内置 2.3kwh 电池于躯干中间。（5）散热和总装：包括机器人热管理、骨架和结构设计、 装配等。其中，感知和运动模块由于降本需求驱动，国产化机会大幅增加。

　　空心杯电机体积小、重量轻、效率高，灵巧手赋予新增量。空心杯电机是一种微型直流 电机，得名于其转子部分的设计，转子是一个空心的杯状结构，内部环绕着绕组和磁铁。空心杯电机通常由永磁磁铁、绕组和集电刷等组件构成。空心杯电机广泛应用于各种领域，包括自动化设备、医疗器械、航空航天等，它们的小体积、高功率密度和快速响应特 性使得它们在许多应用中成为理想的选择。特斯拉灵巧手单手共有 11 个自由度和 6 个执 行器，其中大拇指有两个，其余 4 个手指各有 1 个。特斯拉灵巧手采用了空心杯电机作 为驱动/执行装置，并配有多种精密齿轮和传感器。

　　谐波减速器是旋转执行模组的关键。谐波减速器是一种精密、高性能的减速器，常用于 工业机械和机器人等领域。它采用了一种独特的齿轮传动机构，由柔性金属齿轮和刚性 齿轮组成，通过弹性变形来实现减速效果。谐波减速器具有高传动精度、零回程间隙和 高扭矩密度的特点，广泛应用于工业机械、机器人、航天航空等。它在提供精密运动控 制和传动的同时，还具有结构紧凑、重量轻、寿命长的特点。一般来说，人形机器人负载 较轻，每个轻载关节都需要配置一台谐波减速器。

　　传感器的综合应用使得人形机器人能够感知和理解周围环境。在人形机器人中，传感器 起着关键的作用，用于感知和获取环境信息，从而实现对周围世界的感知、理解和与之 交互。其中力传感器的应用使得人形机器人能够实现更精确的动作控制、人机交互和物 体操作能力，主要应用在直线执行模块；力矩传感器可以用于测量机器人关节的力矩和 扭矩，主要应用在旋转执行模块。传感器数据的处理和融合为机器人提供了实时的环境 认知和决策依据，提高了机器人的感知能力和智能性。

　　无框力矩电机通常用于需要高扭矩和精密控制的应用中。与传统的电机相比，无框力矩 电机的特点在于其缺乏外部机壳（或称为框架），直接将转子和定子集成到应用系统中。无框力矩电机的设计结构简化了整体尺寸和重量，并提供了更高的功率密度和刚度。无 框力矩电机广泛应用于机器人、半导体设备、医疗器械、航空航天等领域。其高力矩密 度、高精度和快速响应特性使其成为许多高性能应用的理想选择。

　　工业机器人是自动化水平的象征。据国际机器人联合会 IFR，2021 年，全球工业机器人 新增台数 52 万台，存量台数累计达 348 万台，安装量呈现持续增长态势。中国作为全球的制造中心，近年来劳动力成本持续上升，伴随着工程师红利的显现，工业机器人 及核心零部件国产品牌崛起，工业机器人的应用成本和门槛不断下行，工业机器人应用 需求持续增长，目前已经成为全球最大的工业机器人需求地区。据 IFR，中国 2021 年工业机器人安装量为 26.8 万台，同比增长 51%；规模上远超第二位日本的 4.72 万台；占据全球总安装量的 51.9%，较 2020 年的 45.2%进一步提升 6.7pct。

　　根据 IFR 数据，2020 年我国地区每万人工业机器人装机量提升至 246 台，排名全球 第九位。在我国机器人市场下游应用中，电子电气行业持续成为第一大应用行业，未来 随着半导体、新能源汽车等先进制造业在我国可预期的快速发展，预计工业机器人密度 仍将保持提升态势。此外，在后疫情时代，制造业企业提升自动化率的意愿也明显加强。

　　目前我国工业机器人市场关节机器人以四大家族为主，而 SCARA 机器人市场日系仍占 据举足轻重的地位；根据 MIR 数据，2022 年外资品牌安川、川崎、史陶比尔，以及内资 品牌汇川、埃斯顿、埃夫特、节卡份额提升较为明显。一方面，新兴行业发展有望给国产 品牌带来新机遇；另一方面，国产品牌的高性价比有望进一步推动工业机器人在一般制 造业的应用和普及。我们认为，工业机器人应用场景以“机器替人”为主，具备“可选工 业品”属性，在制造业复苏过程中更具备弹性。

　　制造业复苏前景可期，工控制造需求明确。2023 年以来我国制造业 PMI 指数回升明显， 带动主要工控产品需求增长。根据国家统计局最新数据显示，2023 年 1~3 月制造业 PMI 连续位于枯荣线上方，制造业整体扩张提速，呈现稳中有升态势。2023 年 6 月制造业 PMI 指数 49.0%，同比上升 0.2%，按照过往数据，受到企业生产节奏安排的季节性影响，二 季度相对于全年制造业 PMI 均处于较低位置。2023 年 6 月份生产经营活动预期指数是 53.4%，保持在景气区间，企业生产经营前景预期总体稳定。我们认为下阶段随着经济内 生动力增强，国内需求的恢复和扩大，将进一步推动工业经济平稳增长，制造业复苏呈 向好态势。

　　制造行业投资改善，拐点明晰可期。自 2021 年以来，制造业的固定资产投资增速呈持续 回落的趋势，从 2021 年 2 月的高位 37.3%下降到 2023 年 5 月的低位 6.0%。制造业工业 增加值（累计同比）也出现下滑，从 2021 年 2 月的高点 39.5%大幅下行至 2023 年 2 月 的低点 2.1%。随着经济加速回暖和新基建等有效投资的扩大，制造业工业增加值已经开 始出现一定程度的回升，这表明中游制造行业的投资状况有所改善，行业拐点或即将到 来。

　　政策推动工控行业发展，实现关键设备、技术突破。国家陆续出台了多项政策，鼓励工 业自动化控制行业发展与创新。2015 年 5 月，国务院关于印发《中国制造 2025》的通知， 明确提出建设制造强国，到 2025 年，制造业整体素质大幅提升，形成一批具有较强国际 竞争力的跨国公司和产业集群，在全球产业分工和价值链中的地位明显提升；到 2035 年， 我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平，全面实现工业化。在“十四五规划” 和《2035 年远景目标纲要》中的“制造业核心竞争力提升”专栏中提到重点研制分散式 控制系统、可编程逻辑等工业控制装备，突破先进、高精度伺服驱动系统 等关键技术。工控是实现制造业产业升级，建设制造强国的核心，工控行业的发展情况 决定了制造业水平的高低。

　　重点领域技术路 线 年智能制造核心信息设备市场需求年均增长分别达到 25%、 20%以上。到 2025 年建成自主可控、安全可靠、性能先进的智能制造核心信息设备产业 生态体系，国产智能制造核心信息设备在国内市场占据主导地位，国内市场的占有率达 到 60%；在智能制造控制系统方面，自主品牌可编程控制系统(PLC)市场占有率达到 20%。技术路线指引为国产厂商创造了良好的发展机遇，打开了国产替代的最佳时期。

　　工业自动化市场成长空间广阔，国产份额持续提升。经过多年的技术积累和应用实践， 中国工业自动化控制技术、产业和应用有了很大发展。根据中国工控网数据，2022 年中 国工业自动化产品和服务整体市场规模达到约 2629 亿元，未来仍有较大的成长空间。同 时国产品牌凭借快速响应、成本、服务等本土化优势不断缩小与国际巨头在产品性能、 技术水平等方面的差。