（報告出品方/作者：光大證券，殷中樞、黃帥斌、和霖）
1.1、 發展歷程：從樸素想象到產業化加速落地
人形機器人產業已步入發展快車道。人形機器人指具有人的形態和功能的機器 人，具有擬人的肢體、運動與作業技能，以及感知、學習和認知能力。最早的 人形機器人概念來自于 15 世紀達·芬奇的設想。20 世紀后半葉，科學界與產業 界開始了對人形機器人正式的深入探索，以 WABOT-1 的問世為標志，人形機 器人進入了全尺寸初級行走階段；此后 ASIMO 的推出，標志著已經可以制造系 統高度集成的人形機器人。進入 21 世紀之后，以波士頓動力為代表的公司持 續推出運動能力更強的機器人版本，2022 年 10 月，特斯拉展示了 Optimus 機器人工程機，代表著人形機器人進入加速產業化階段。
1.2、 產品特點：方向一致，各有新意
各家機構對于人形機器人的研究方式是一致的：致力于對其感知、決策和執行 能力的提升。在 2020 年以前，各家機構在人形機器人上的研究重點主要在 “執行能力”和“感知能力”，努力通過硬件設計的創新和優化使得人形機器 人具有更強的運動能力，包括感知障礙、靈活行走、搬運重物等能力，這其中 的翹楚是波士頓動力推出的 Atlas。近年來，隨著人工智能技術的加速發展，人 形機器人在“決策能力”上同樣取得了快速的進步，人形機器人的智能化發展 迅速。
1.3、 空間展望：場景多樣，星辰大海
人形機器人潛在的應用領域多種多樣。“類人”意味著其符合人類交互習慣， 也能快速適應現存的人類社會基礎設施，這也意味著人形機器人可以應用于人 類生活的方方面面。在經濟發展領域，制造業、建筑業、能源業均有大量的可 由人形機器人代為工作的崗位，如裝配、安裝、焊接、巡檢等；在社會民生領 域，人形機器人的應用場景同樣廣闊，在商業社區、醫療健康、養老服務等方 面，都有廣闊的發揮空間。
機器人整個大行業的市場規模在持續增長。根據中國電子學會組織編寫的《中 國機器人產業發展報告（2022 年）》：預計到 2024 年全球機器人市場規模將 有望突破 650 億美元，同比增長 12%；其中 2024 年工業機器人市場達 230 億 美元，同比增長 10%；服務機器人市場達 290 億美元，同比增長 16%；特種 機器人市場達 140 億美元，同比增長 16.7%。
國內機器人行業的市場規模增速快于全球。預計到 2024 年中國機器人市場規 模將有望突破 251 億美元，同比增長 19.5%；其中 2024 年工業機器人市場達 115 億美元，同比增長 16.2%；服務機器人市場達 102 億美元，同比增長 23%；特種機器人市場達 34 億美元，同比增長 21.7%。
預計人形機器人的增速將大幅快于機器人行業的整體增速。根據 Stratistics MRC 的數據，2021 年全球人形機器人的市場規模為 15 億美元，預計到 2028 年將達到 264 億美元，2021-2028 年的 CAGR 達 50.5%；其中，分領域來看， Stratistics MRC 預計教育和娛樂領域的人形機器人復合增速最快，醫療保健領 域占據最大的市場份額；分地區來看，Stratistics MRC 預計亞太地區的復合增 速最快，北美地區的份額最高。
就下游應用場景來看，人形機器人兼具工業品和消費品的屬性，放量的核心在 于價格和性能。 如果把人形機器人看做消費品，前期影響其銷售的核心因素是性能，性能當中 最核心的為“智能化”水平。也就是說，隨著人形機器人智能化水平的持續提 升，會有不斷的增量消費者選擇體驗，此時發展路徑類似于特斯拉汽車從 Roadster 到 Model S 的階段；中后期影響其銷售的核心因素是成本，此時逐 漸變為大眾消費品，類似于特斯拉 Model 3 的階段。
如果把人形機器人看做工業品，其通用化的屬性，與專用化降本的趨勢是有所 沖突的。所以只有在某些特定領域上，人形機器人的性價比高于人工且高于工 業機器人的時候，其才會有比較好的放量。但是從產業鏈上來看，人形機器人 和工業機器人在很多零部件上是相通的，人形機器人的發展和工業機器人的發 展是互相帶動、互相促進的。由人力資源短缺、人口老齡化等帶來的工業專用 機器人的需求，同樣會促進整個機器人產業鏈的技術進步和降本，進而利好人 形機器人的發展。
1.4、 行業復盤：特斯拉引領，下一步關注量產節奏
復盤人形機器人板塊的走勢，明顯可以看出催化的核心主線是技術進步：2022 年底人工智能技術大幅進步，使得市場意識到“智能化”的人形機器人或許很 快可以真正落地，人形機器人行業迎來一波大的行情。2023 年 5 月，特斯拉宣 布打通了 FSD 和人形機器人的底層模塊；2023 年 12 月，特斯拉發布了第二代 Optimus 產品，身體平衡與操控能力大幅提升：算法層面、硬件層面的大進 步，也都帶動了人形機器人板塊的上漲。 下一階段將步入雙主線階段：技術進步和量產節奏。一方面，技術進步仍然會 持續地給人形機器人帶來催化。另一方面，2023 年，各家企業陸陸續續地發布 原型機，特斯拉的第二代 Optimus 產品表現出來的性能已經非常吸引目標人 群。下一步市場關注的重點就是從原型機到量產的節奏。
人形機器人是硬件和軟件的高度結合體，是機械、電氣、人工智能等多領域交 叉打造的明珠。人形機器人包括感知、決策、執行三大系統，由視覺傳感器、 觸覺傳感器，芯片、算法，動力單元、旋轉關節、線性關節、手部關節等共同 組成。
當人形機器人銷量達到百萬臺級別時，機器人總成市場空間將超過千億元。 （注：全文中如無特殊注明，貨幣單位均為人民幣）。我們以特斯拉 Optimus 的零部件構成進行測算，當人形機器人銷量達到百萬臺級別時，機器人總成的 市場空間將超過千億元。線性關節總成、旋轉關節總成的市場空間會超過 500 億元。無框力矩電機、力矩傳感器、行星滾柱絲杠、諧波減速器等的市場空間 將超過百億。整個機器人產業鏈都將迎來巨大的發展空間。
3.1、 電機：核心的驅動機構
電機是人形機器人中動力的產生機構，可以類比做人的肌肉。機器人的驅動方 式可以分為電動驅動、液壓驅動、氣動驅動，其中，電動驅動由于效率高、精 確度高、成本低等優勢，得以廣泛應用。
人形機器人中使用最多的為空心杯電機和力矩電機。電機按照控制方式分類， 可以分為伺服電機、步進電機。電機按照驅動方式分類，可以分為直流電機和 交流電機。直流電機中，按照線圈類型分類，可以分為有鐵芯的電機和空心杯 電機；按照換向方式分類，可以分為有刷電機和無刷電機。特斯拉 Optimus 機 器人中，包含了 28 個無框力矩電機和 12 個空心杯電機，電機占整體價值量的 比例高達 28%。
3.1.1、空心杯電機：高度適配靈巧手
空心杯電機是一種微型伺服電動機，與靈巧手關節高度適配。它可以利用永磁 鐵產生磁場，從而實現直流供電。與傳統電機的不同之處在于，空心杯電機采 用的是無鐵芯轉子。無鐵芯轉子的結構使得空心杯電機具有以下優點：（1）重 量大幅降低，從而降低了電機的轉動慣量；（2）消除了由于鐵芯形成渦流造成 的電能損耗；（3）降低了轉子自身的機械能損耗。
空心杯電機當前全球市場規模在 50 億元人民幣左右。根據 GII 數據，2022 年 全球空心杯電機市場規模為 7.48 億美元，預計 2028 年達 11.86 億美元， 2022-2028 年的 CAGR 為 7.98%。其中，根據 GII 數據，2021 年有刷空心杯電 機占比為 67%，無刷空心杯電機占比為 33%。
外國企業占據大部分份額，國產替代空間廣闊。根據 QY Research 數據，按照 市場規模計，2022 年全球空心杯電機 CR5 為 67%，前五名企業包括 Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies、Maxon Motor 及 Nidec Copal Corporation。
空心杯電機的壁壘主要體現在專利、繞線機、以及正向設計能力上。空心杯生 產上的難點在于線圈沒有鐵芯支撐，繞線工藝比較復雜：（1）Maxon Motor、FAULHABER Group 等龍頭企業由于先發優勢，申請了一系列的專 利，構筑了一定的專利壁壘；（2）空心杯電機對繞線機的性能、效率要求很 高。此外，頭部企業擁有很強的正向設計能力，可以根據客戶的需求，設計出 性能滿足客戶要求的、可靠穩定的產品。
3.1.2、無框力矩電機：高度適配機器人關節
無框力矩電機，是一種以輸出扭矩為衡量指標的無框架式永磁電機。無框力矩 電機的原理與傳統的永磁電機相同，不同點主要在于結構上：無框力矩電機沒 有機殼，只有轉子和定子 2 個部件。
無框力矩電機非常適配于機器人關節。無框力矩電機的結構設計擺脫了傳統的 機殼約束，利用機器的自身軸承支撐轉子，將電機無縫內置于機器設計中。無 框力矩電機體積小、扭矩高、穩定性高的特點與機器人關節的要求非常適配。
力矩電機、無框電機當前的全球市場規模均在 50 億元人民幣左右。根據 technavio 的數據，2022 年，全球力矩電機銷售規模為 6.1 億美元，預計 2027 年全球力矩電機銷售規模達 9 億美元，2022-2027 年 CAGR 為 8%。根據 QY Research 的數據，2022 年，全球無框電機銷售規模為 6.7 億美元，預計 2029 年全球無框電機銷售規模達 11.7 億美元，2022-2029 年 CAGR 為 9%。 從競爭格局來看，海外企業仍處于領先地位。從事無框力矩電機行業的主要制 造商包括威騰斯坦（德國）、科爾摩根（美國）、尼得科（日本）、派克漢尼 汾（美國）等企業。國內企業中，步科股份、昊志機電等也推出了相關產品。
3.1.3、相關標的
鳴志電器，空心杯電機國內領先企業。公司專注于運動控制領域核心技術及系 統級解決方案的研發和經營，通過合資設立安浦鳴志自動化，收購美國 AMP 及 瑞士 T Motion 兩家國際知名的、專業的電機驅動控制產品及運動控制核心技 術開發的企業，整合并形成了全球領先的電機驅動控制產品研發、制造平臺， 公司的步進電機、直流無刷電機、空心杯電機、電機+絲杠模組、電機+減速機 模組等產品被國內外客戶廣泛使用。
偉創電氣，積極拓展機器人電機業務。公司于 2022 年成立機器人行業部，切 入機器人產業鏈，目前主要是以機器人大配套為主，主要面向移動類、協作 類、服務類的機器人領域，提供低壓伺服、空心杯電機、特種無框力矩電機等 核心部件。2023 年，公司發布空心杯電機產品 ECH13 系列、無框電機 FO1 系 列。
3.2、 減速器：核心的動力傳達機構
減速器是人形機器人中核心的動力傳達機構，可以類比做人的關節。減速器在 原動機和執行機構之間起到匹配轉速和傳遞轉矩的作用，主要有精密行星減速 器、諧波減速器、RV 減速器等類別。特斯拉 Optimus 機器人中，包含了 14 個諧波減速器和 12 個行星減速器，電機占整體價值量的比例高達 17%。
3.2.1、諧波減速器：體積小、精度高
諧波減速器具有體積小、精度高的優勢。諧波減速器是一種靠波發生器使柔輪 產生可控的彈性變形波，通過其與剛輪的相互作用，實現運動和動力傳遞的傳 動裝置，其構造主要由帶有內齒圈的剛性齒輪（剛輪）、帶有外齒圈的柔性齒 輪（柔輪）、波發生器三個基本構件組成。諧波傳動技術突破了機械傳動采用 剛性構件的模式，使用了一個柔性構件來實現機械傳動，具有傳動精度高、體 積小的優點，非常適合應用于人形機器人的線性關節等部位。
諧波減速器當前的中國市場規模在 25 億元。根據頭豹研究院預測，2022 年， 中國市場諧波減速器銷售規模為 25 億元，受益于機器人、精密加工設備、航 天航空、雷達設備、醫療設備等領域的快速發展，預計 2025 年市場空間將達 到 41 億元。
哈默納科一家獨大，國內企業奮力追趕。根據華經產業研究院數據，2021 年， 哈默納科占據了全球諧波減速器 82%的市場。但是在中國市場，哈默納科的市 占率僅為 35%，大幅低于其全球市占率，綠的諧波市占率為 25%，來福諧波市 占率為 8%。國內企業的產品在性能、壽命等指標上已經基本達到與哈默納科 相同的水平，但是哈默納科在諧波減速器行業中深耕多年，與頭部機器人企業 建立了良好穩固的合作關系，所以當前的國內企業更多的在國內市場上開啟對 哈默納科的替代。
3.2.2、行星減速器：效率高、成本低
行星減速器是傳動效率最高的齒輪傳動結構。行星齒輪傳動機構主要由行星齒 輪、行星架和太陽輪構成的行星齒輪傳動機構。精密行星減速器工作時，通常 是伺服電機等原動機驅動太陽輪旋轉，太陽輪與行星輪的嚙合驅動行星輪產生 自轉；同時，由于行星輪另外一側與減速器殼體內壁上的環形內齒圈嚙合，最 終行星輪在自轉驅動下將沿著與太陽輪旋轉相同方向在環形內齒圈上滾動，形 成圍繞太陽輪旋轉的“公轉”運動。太陽輪和齒圈存在齒數差，從而達到減速 目的。
行星減速器當前的全球市場規模在 90 億元人民幣左右。根據 QY Research 的 數據，2022 年，全球市場行星減速器銷售規模為 12 億美元，中國市場行星減 速器銷售規模為 5 億美元，預計 2029 年全球行星減速器銷售規模達 22.31 億 美元，2022-2029 年 CAGR 為 9%；中國市場規模達 11.49 億美元，2022- 2029 年 CAGR 為 13%。
競爭格局相對分散，海外企業占據領先地位。在全球范圍內，德國、日本等國 家的精密行星減速器產品在材料、設計水平、質量控制、精度、可靠性和使用 壽命等方面處于行業領先地位。國產品牌陣營以科峰智能、紐氏達特、中大力 德為主要代表，國外精密行星減速器主要廠家為日本新寶、紐卡特、威騰斯坦 等。根據 QY Research 統計的銷售金額數據，2022 年全球 CR5 為 47%，日本 新寶、紐卡特、威騰斯坦占據前三位。
3.2.3、相關標的
綠的諧波：國內諧波減速器龍頭。公司是國內少數可以自主研發并實現規模化 生產的諧波減速器的廠商，產品廣泛應用于工業機器人、服務機器人、數控機 床、醫療器械、半導體生產設備、新能源裝備等高端制造領域。公司通過自主 創新、自主研發，發展完善了新一代諧波嚙合“P 齒形”設計理論體系、新一 代三次諧波技術；公司已通過 ISO9001 及 ISO14001 國際質量體系認證，并且 為我國多項精密減速器領域國家標準主要起草單位。
科峰智能（未上市）：國內精密行星減速器龍頭。公司依托于高精密齒輪加工 模塊化產品設計與制造、熱處理等領域的技術積累，形成了精密行星減速器、 工程機械用行星減速器、諧波減速器、精密零部件及其他的四大系列化產品。 根據 QY Research 數據，以銷售金額口徑計，公司 2022 年在中國精密行星減 速器市場中市占率為 12%，僅次于日本新寶。
3.3、 傳感器：核心的感知部件
傳感器是人形機器人中核心的感知部件，可以類比做人的感覺器官。傳感器是 能夠感應各種非電量（如物理量、化學量、生物量），且按照一定的規律轉換 成便于傳輸和處理的另一種物理量（一般為電量）的測量裝置或器件。傳感器 通常由敏感元件和轉換元件組成，其中敏感元件是指傳感器中直接感應被測量 的部分，轉換元件是指傳感器能將敏感元件的輸出轉換為適于傳輸和處理的電 信號部分。
人形機器人中應用最多的為力矩傳感器。根據傳感器的作用，一般將傳感器分 為內部傳感器和外部傳感器。內部傳感器（體內傳感器）主要測量機器人內部 系統狀態；外部傳感器（檢測外部環境傳感器）安裝在機械手或移動機器人 上，主要測量機器人外界周圍環境。按照檢測方法分類，可以將傳感器分為光 學、機械、超聲波、電阻、半導體、電容、氣壓等的傳感器。特斯拉 Optimus 機器人中，包含了 40 個力矩傳感器和 3 個視覺傳感器，傳感器占整體價值量 的比例高達 19%。
3.3.1、力/力矩傳感器：精細感知的重要依靠
力/力矩傳感器是一種能感知力、力矩并轉換成可用輸出信號的傳感器。主要包 括本體單元和應變/形變檢測系統兩部分。力/力矩傳感器的核心原理是將力作 用下的形變轉換成電信號。當有力/力矩作用時，力/力矩施加于傳感器本體單 元上，并引起本體單元的應變或形變，檢測系統可感知本體的應變或形變，通 過電路將其轉化為相應電壓，通過測量電壓值來表征力/力矩大小，并轉換成可 用輸出信號，實現力/力矩的測量。
按照測量原理，力/力矩傳感器可以分為光電式、應變式、電容式、壓電式等多 種類型。這其中，應變式力/力矩傳感器是當前技術最為成熟、應用最廣泛的傳 感器類型，具有結構簡單、制作容易、價格低廉等優點。
按照測量維度，力/力矩傳感器可以分為一至六維力/力矩傳感器。一般傳感器 能測幾個維度，就是幾維傳感器。一維、三維和六維力/力矩傳感器最常見。對 于六維力/力矩傳感器而言，空間中任意方向的力 F，其作用點 P 不與傳感器標 定參考點重合且隨機變化，這種情況下就需要選用六維力/力矩傳感器來完成測 量任務，同時測量 Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz 六個分量。六維力/力矩傳感器 的內部算法，會解耦各方向力和力矩間的干擾，使力的測量更為精準。這類傳 感器更適用于參考點的距離較遠，且隨機變化情景，測量精度要求較高。
力矩傳感器當前的全球市場規模超過 500 億元。根據 Research and Markets 的數據，2022 年，全球市場力矩傳感器銷售規模為 75 億美元，預計 2023 年 全球市場力矩傳感器銷售規模為 80.6 億美元，2030 年將達到 134 億美元， 2023-2030 年的 CAGR 為 7.5%。
六維力/力矩傳感器步入加速增長期。根據 GGII 數據，2022 年中國市場六維力 /力矩傳感器銷量 8360 套，同比增長 58%，其中機器人行業銷量 4840 套，同 比增長 63%。GGII 預計，到 2027 年中國市場六維力/力矩傳感器銷量有望突 破 8.4 萬套，2022-2027 年的 CAGR 超過 60%，其中機器人行業銷量有望突破 4.2 萬套。根據 GGII 數據，2022 年中國六維力/力矩傳感器市場規模 2.39 億 元，同比增長 52%，其中機器人行業六維力/力矩傳感器市場規模 1.56 億元， 同比增長 54%。GGII 預計，2027 年中國六維力/力矩傳感器市場規模將超過 15 億元，2022-2027 年的 CAGR 超過 45%。
國外企業具有先發優勢，中國公司加速追趕。受益于機器人市場需求催化，中 國六維力/力矩傳感器市場近年來入局者逐年增加，坤維科技、鑫精誠、宇立儀 器、藍點觸控等國內企業先后進入該領域，并在機器人、汽車、3C 等應用領域上占據 了一席之地。ATI、SCHUNK 等海外企業作為全球龍頭，積累多年，仍舊有明顯 的領先優勢。
3.3.2、視覺傳感器：進一步加強感知能力
機器視覺可以進一步強化人形機器人的感知能力。目前 2D 視覺正在向 3D 視覺 進行延伸。隨著智能制造的不斷深入，面對復雜的物件辨識和尺寸量度任務， 以及人機互動所需要的復雜互動，2D 視覺在精度和距離測量方面均出現部分技 術局限，市場對 3D 視覺的需求開始與日俱增。在人形機器人應用領域，3D 視 覺傳感器可以幫助機器人高效完成人臉識別、距離感知、避障、導航等功能， 使其更加智能化。 機器視覺當前的全球市場規模在 800 億元左右。GGII 數據顯示，2021 年全球 機器視覺市場規模約為 804 億元，同比增長 12%，GGII 預計至 2025 年該市場 規模將超過 1200 億元。2022-2025 年 CAGR 約為 12%。GGII 數據顯示，2021 年中國機器視覺市場規模 138 億元（該數據未包含自動化集成設備規模），同 比增長 47%。其中，2D 視覺市場規模約為 127 億元，3D 視覺市場約為 12 億元。根據 GGII 預測，到 2025 年我國機器視覺市場規模將達到 469 億元，其中 2D 視覺市場規模將超過 360 億元，3D 視覺市場規模將超過 100 億元。
從國內機器視覺整體市場來看，內外資品牌的競爭已開始呈現分庭抗禮的局 面。甚至在某些產業鏈環節，國產的份額已絕對領先于外資。如鏡頭、光源領 域，國產代表廠商 OPT、東莞 RESS、長步道等；相機領域，國產代表廠商海 康機器人、華睿科技、大恒圖像等。從內外資品牌份額來看，根據 GGII 數據顯 示，2021 年國產品牌機器視覺市場份額占比 58%，進口替代進程開始提速。
3.3.3、相關標的
柯力傳感：應變式傳感器龍頭，積極拓展機器人傳感器業務。公司在目前已有 的微型、扭矩、多維力等高端力學傳感器品類基礎上，加快自主研發，積極尋 求與各大機器人廠商的商務合作。根據客戶的不同需求，公司已經進行了多款 扭矩傳感器、多維力傳感器等產品的送樣和試制。 漢威科技：氣體傳感器龍頭，加速拓展柔性傳感器業務。公司柔性微納傳感器 業務主要由控股子公司蘇州能斯達開展，能斯達目前已形成四大核心技術、七大產品系列，柔性微納傳感技術水平及產業化程度國內領先。柔性微納傳感器 目前已在智能機器人領域有明確的應用，并與小米科技、九號科技、深圳科易 機器人等積極開展業務合作。
3.4、 執行器：至關重要的“小總成”
執行器是由多種零部件共同組成的、將能量轉化為機器人的運動的核心部件。 執行器的基本構成包含電機、減速器、編碼器、力矩傳感器和軸承等部件，各 個零部件一起配合，共同完成機器人的運動動作。按照運動類型的不同，執行 器可以分為旋轉執行器和線性執行器兩類。考慮到執行器的重要性以及較高的 復雜度，在整個人形機器人行業的產業化進程中，擁有強大生產能力和執行力 的執行器 Tier1 廠商至關重要。 拓普集團：深入綁定特斯拉的汽車零部件企業，發力拓展執行器業務。公司為 汽車零部件平臺型供應商，與特斯拉有著深入的合作，公司為特斯拉底盤、熱 管理等零部件的供應商。2023 年 7 月，公司拆分設立機器人事業部，發力拓展 機器人業務。公司在機器人執行器業務的核心優勢有：（1）具備永磁伺服電 機、無框電機等各類電機的自研能力；（2）具備整合電機、減速機構、控制器 的經驗；（3）具備精密機械加工能力；（4）具備各類研發資源及測試資源的 協同能力。公司研發的機器人直線執行器和旋轉執行器，已經多次向客戶送 樣。
三花智控：深入綁定特斯拉的熱管理龍頭企業，發力拓展執行器業務。公司為 熱管理龍頭企業，是特斯拉核心的熱管理解決方案供應商。在仿生機器人領 域，公司聚焦機電執行器，全方面配合客戶產品研發、試制、調整并最終實現 量產落地；同時，同步配合客戶量產目標，積極籌劃機電執行器海外生產布 局。 新興裝備：以伺服控制技術為核心的航空裝備企業，發力拓展執行器業務。公 司為航空裝備企業，產品廣泛應用于直升機、固定翼飛機和無人機等領域。 2023 年 5 月，公司成立全資子公司北京長興動力機器人科技有限公司，致力于 機器人業務的拓展。截至 2023 年 12 月，公司已完成第一代旋轉執行器試制， 正在進行第一代直線執行器試制。
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