今天分享的是人工智能AI人形机器人行业产业链深度报告：《产业链核心环节分析及相关公司深度梳理》。（报告出品方：慧博智能投研）

研究报告内容摘要如下

现如今，在千行百业数字化转型的巨大需求牵引之下，全球机器人行业蓬勃发展。机器人按照应用领域可分为工业机器人、个人/家用服务机器人、公共服务机器人、特种机器人和其他应用领域机器人。相比一般机器人，人形机器人具有更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统，具有类人的感知、决策、行为和交互能力，被誉为人工智能的最终形态，其设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互，从而辅助甚至替代人类的生产生活。预计未来人形机器人将凭借其性能优势在工业、生活等各领域高速渗透。据相关测算，人形机器人潜在市场空间达上百亿美元。

下面我们循着人形机器人产业链图谱，寻找价值量占比较高的上游核心零部件部分、人形机器人感知环节必不可少的传感器部分及人形机器人的“大脑”（软件算法）部分的相关环节，并对相关公司进行了罗列梳理，希望读者对人形机器人行业有所了解。

人形机器人产业链可以分为上中下游三个层次

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。

以特斯拉人形机器人为例，硬件由以传感器、减速器、电机、滚柱丝杠、轴承为主的零部件构成，组装形成人形机器人本体，经过与算法软件的耦合测试，最后应用于工业、服务、教育、医疗、巡检、清洁和娱乐等下游终端应用需求领域。

上游软硬件技术更迭，为机器人发展提供坚实基础

随着互联网、计算机技术不断发展，机器人从机械自动化转变为人工智能化，未来将融合5G、云计算等向自主服务型发展。针对减速器、伺服控制器、传感器等核心零部件技术，国内国产化进程加快，优质企业涌现，为机器人制造提供坚实基础。对于这部分下文我们还会详细论述。

下游应用场景不断开发

人形机器人行业处于初期，不断探索应用场景，从早期应用的工业机器人领域和小型事故驱动器到现在的服务型机器人领域，下游需求场景不断开发。

人形机器人适用场景广泛，特斯拉入局产业化发展有望提速

具身智能或将是AI的终极形态，人形机器人是实现具身智能的最佳形态之一。由于结构设计接近人体，人形机器人的活动场景可覆盖人类活动的方方面面，可应用于家庭、商用、工业等场景。人形机器人可参照人体进行仿生学设计，结构设计过程难度降低。

服务型需求场景有望成为人形机器人的重要市场

服务型机器人市场潜力大，近年来增速高于工业机器人市场。陪伴是未被解决的刚需，随着人口老龄化程度加深、成年单身人口数量持续增长，由人们情感需求催生了广阔的陪伴机器人市场。不同于AI虚拟网络的单向情感传递，陪伴机器人被赋予了情感识别、情感表达等能力，机器人不再只是一个冰冷的“玩具”，而是聚焦于情感陪伴，成为家庭的一份子。

减速器：谐波减速器为主，行星减速器或为替补

精密减速器主要用于机器人各个关节，负责将伺服电机输出的高速运转动力转化为低转速、高转矩的运动，决定机器人的精度和负载。一般传动减速器控制精度低，可满足机械设备基本的动力传动需求。精密减速器精度较高、使用寿命长，更加可靠稳定，应用于机器人、数控机床等高端领域，包括谐波减速器、RV减速器、行星减速器等，其中应用最广泛的是用于重负载转传动的RV减速器和用于轻负载传动的谐波减速器。

行星减速器结构简单，减速比较低。精密行星减速器体积比较小，结构较为简单，主要包括行星轮、太阳轮和内齿圈。精密行星减速器传动比都在10以内，且减速级数一般不会超过级，相较于其他减速器启动更加平稳，且刚性、精度和扭矩高，主要搭配步进电机和伺服电机，用以降低转速，提升扭矩。

谐波减速器结构简单，减速比大，传动精度和传动效率较高。谐波减速器主要由个基本部件构成：刚轮、柔轮、谐波发生器，通过具有柔性的薄壁外齿齿轮产生弹性变形后与刚性的内齿轮进行内啮合来实现传动。

RV减速器结构较为复杂，承载能力强，传动精度高。RV减速器是以摆线针轮行星传动为基础发展而来的。RV减速器主要包括两级传动装置，分别为渐开线行星齿轮传动和摆线针轮行星传动。

谐波减速器主要用于轻负载部位，RV减速器主要用于重负载部位。谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点，与一般减速器比较，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积可减少2/，重量可减轻1/2，这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。

目前谐波减速器是人形机器人关节的最优解决方案

年10月份TeslaAIDAY上特斯拉公布的减速器方案为谐波减速器，谐波减速器主要由谐波发生器、刚轮、柔轮构成，是通过柔轮的弹性变形传递运动，优势是体积小、重量轻、传动比高、精度高，在集成度要求较高的人形机器人上是最优的减速器方案，但是谐波减速器的柔轮容易受到冲击碰撞发生形变，因此在刚性方面存在一定缺陷。

行星减速器在容易发生碰撞的关节可替代谐波减速器

行星减速器由行星齿轮、太阳齿轮、行星架和驱动轴构成，是通过齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来实现减速，原理较为简单且结构刚性较好。考虑到人形机器人复杂的工作场景，存在发生磕碰的可能性，因此行星减速器或许在一些容易发生碰撞的关节替代谐波减速器，例如膝盖、腿部等。因此整体来讲，人形机器人关节的减速器方案预计以谐波减速器为主，行星减速器或为替补。

目前，国内谐波减速器厂商包括绿的谐波、中大力德、昊志机电；行星减速器厂商主要包括中大力德、巨轮智能。

电机：以无框力矩电机、空心杯电机为主

力矩电机是以扭矩为控制方向的电机。力矩电机是一种极数较多的特种电机，可以在电机低速甚至堵转（即转子无法转动）时仍能持续运转，不会造成电机的损坏。而在这种工作模式下，电机可以提供稳定的力矩给负载。力矩电机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点。无框力矩电机能够在满足机器人尺寸和重量要求的同时实现高功率和高转矩密度。

无框为结构上省去了电机的外壳，使得电机更好嵌入。与有框电机相比，无框电机的优势包括更高的转矩密度、更强的散热能力、以及针对定制系统的灵活性。将无框电机的定子和转子直接集成到支撑传动组件的轴承系统，可以在很大程度缩小关节组件的尺寸，并消除冗余部件，例如可以消除支撑转子的轴承以及联轴器，带来更少的维护成本。目前无框力矩电机常用于协作机器人的关节。目前能够提供无框力矩电机的公司包括美国科尔摩根、国内的步科股份、昊志机电等。

无框力矩电机的中空结构便于走线，适用于集成度较高的人形机器人

无框力矩电机属于无刷直流永磁电机，由驱动器提供三相交流电源形成旋转的电磁场，以驱动永磁体转子在磁场中转动，组成零部件为独立的转子和定子：转子由固定在轮毂上的高能稀土磁体组成，轮毂安装在轴和轴承组件上；定子由绕组组成并安装在机械设备外壳内。无框电机取消外壳和轴承，将定子和转子分别直接固定在设备上，并借助设备外壳巧妙地实现防护，可缩减整体空间和提高设备防护等级。

空心杯电机采用无铁芯转子，提高能量转换效率

空心杯电机：结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子（空心杯型转子），彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗，电机性能得到极大改善，具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动特性。

空心杯电机分为无刷空心杯电机和有刷空心杯电机。1）无刷空心杯电机：直流无刷无齿槽电机，行业内通常称为“无刷空心杯”。通过电子换向，寿命更长。2）有刷空心杯电机：直流有刷无铁芯电机，行业内通常称为“空心杯，”一般来说，国内的“空心杯电机”指有刷，通过机械换向。

空心杯电机应用广泛，包括医疗器械、航空航天、机器人等领域。1）需要快速响应的系统中，如导弹的飞行方向快速调节、相机快速自动调焦、工业机器人仿生义肢等。2）对有体积有要求的商品采用空心杯电机作为动力元件，比如玩具车、航模、电动牙刷等。

目前能够提供空心杯电机的公司包括瑞士MAXON、德国Faulhaber，国内鸣志电器、鼎智科技等。根据江苏雷利年月1日披露的投资者调研纪要，无刷空心杯电机全球市占率龙头为瑞士MAXON以及德国Faulhaber，两家企业销售的空心杯电机+齿轮箱+编码器集成件年销售额约2亿欧元，产品主要面向军工和工业市场。

空心杯电机的壁垒在于设计和规模量产，设计壁垒主要体现在材料选择、组件配合、工艺参数等方面，硬件壁垒主要体现在设备较高的资金投入与较长的采购周期，且对加工设备的精密程度要求高，国内大多厂商采用手工绕线的方式生产，在生产效率、产品寿命、精度方面存在劣势。

丝杠：行星滚珠丝杠

丝杠能够将旋转运动转化为直线运动，分为梯形螺纹丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠。在机械传动领域，丝杠传动属于精密度较高的传动部件，相较于液压、凸轮连杆、皮带、链条等传动方式，丝杠有着较大的性能优势。

常见的丝杠传动形式主要有梯形丝杠传动、滚珠丝杠传动和行星滚柱丝杠传动三种。梯形丝杠中无滚动体，靠滑动摩擦传递推力，传动效率较低；目前较常用的是滚珠丝杠传动和行星滚柱丝杠传动，行星滚柱丝杠与滚珠丝杠的结构相似，区别在于行星滚柱丝杠载荷传递元件为螺纹滚柱，是典型的线接触，属于滑动摩擦，而滚珠丝杠载荷传递元件为滚珠，是点接触，属于滚动摩擦。和滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠具有更高的静态负载和动态负载、更强的刚度和抗冲击能力及更高的转速及更大的加速度，适合用于高速重载工作的应用场合。

滚柱丝杠是将直线运动转化为旋转运动的传动装置，具有摩擦损失小、传动效率高、精度高、高速进给和微进给可能、轴向刚度高、不能自锁、具有传动的可逆性等特点。行星滚柱丝杠主要由丝杠、螺纹滚柱、螺母构成：6-12个螺纹滚柱丝杠布置在螺纹丝杠的周围，滚柱螺母内使用的是小螺纹滚柱与主丝杠相互啮合，这一结构使螺母结构类似于行星齿轮箱，滚柱丝杠拥有众多接触点，承载能力极强。

人形机器人采用反向式行星滚柱丝杠。正常行星滚柱丝杠通过丝杠旋转带动螺母实现轴向运动，而反向式通过驱动螺母带动丝杠轴向运动，可以理解成将螺母作为电机转子实现电机和直线传动机构（丝杠）融合的复合产品，其难度在于：

1）螺母加工难度高：通常加工普通螺母里的内螺纹滚道时，厂商采用砂轮中间穿一根杆子的办法，通过杆子的弯折，将砂轮送进内部，并磨削内部螺旋沟道。但反向式行星滚柱丝杠上的螺母比较长，螺母越长，杆子和螺母就会出现碰撞干涉。2）人形机器人用行星滚珠丝杠比普通产品规格小很多，丝杠越小加工难度越高。

国外研发较为完善，国内尚处于初级阶段。日本和欧洲企业占全球滚珠丝杠约70%的市场份额。滚珠丝杆广泛应用于机床工具、机器人制造等，其中机床工具是其最大的应用领域。根据华经产业研究院，全球滚珠丝杠（BallScrews）市场主要生产商有德国Rexroth、德国舍弗勒、日本NSK、日本黑田精密工业、日本THK、台湾上银等企业，日本和欧洲企业占全球约70%的市场份额，CR5市占率达到约46%。我国滚动功能部件制造厂商众多，但多数企业只能生产品种单一、技术含量不高的中低档产品，制造工艺水平与国外相比存在一定差距。国内鼎智科技在微型行星滚柱丝杆的研发与生产上已达成里程碑式突破。

传感器

机器人传感器可以根据检测对象不同分为内部传感器和外部传感器。内部传感器：用来感知机器人的自身状态的传感器，比如位置、速度、加速度。外部传感器：用以感受机器人周围环境、目标物的状态信息的传感器，比如视觉、触觉、听觉、嗅觉、温度、力觉等。

人形机器人的感知系统，以各类传感器为核心部件。

视觉传感器：纯视觉路线与多器件融合路线齐头并进

力矩传感器：六维技术壁垒较高，竞争格局仍较分散

力传感器是将力的量值转换为相关电信号的器件。六维力传感器技术壁垒高，多应用于高精密场景：六维力传感器能够同时测量沿三个坐标轴方向的力和绕三个坐标轴方向的力矩，是维度最高的力传感器，能够给出最全面的力觉信息，相较于低维力传感器，六维力传感器的技术难度和使用难度高，但对于机器人产业链的智能装配和其他场景的精密场景非常重要。

六维力传感器在国内处于卡脖子环节，国内外产品仍存在差距。目前国产六维力传感器厂商较为稀缺，以柯力传感、宇立仪器、坤维科技为代表厂商，其中宇立虽是KUKA、ABB等“四大”的力传感器合作商，但目前与海外龙头TDK、ST、ADI等仍有一定差距。

人形机器人对各个关节的运动控制需要主CPU和控制器的配合

运动控制是指对机械运动部件的位置、速度、方向等进行实时控制，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。控制器就是执行控制任务的核心部件，控制器厂商大多自主开发算法，外购芯片。通常一个完整的控制反馈闭环流程是：CPU向控制器发送运动指令，控制器接收操作指令后进行运动轨迹规划，向驱动器发送控制信号（0和1）；驱动器将控制信号转变为电流和电压信号发送给电机；执行电机按所设定的力矩、速度、位置等指令信号完成相应的运动；测量反馈装置则将检测到的移动部件的实际位移量进行位置反馈，以纠正电机执行动作的偏差。动作指令完成后，控制器再向CPU发送一个结束的信号来结束这个运动指令。

AI是人形机器人的“大脑”

我国具有人形机器人核心技术积累、完备的产业链体系、广阔的消费市场等优势，工业和信息化部等15个部门联合印发的《“十四五”机器人产业发展规划》提出，计划5年我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地。Optimus人形机器人是年最重要的产品开发项目，甚至会比汽车业务甚至FSD计划更有价值。

人形机器人离不开机器视觉与神经网络

人形机器人离不开机器视觉与神经网络，前者通过目标追踪、图像描述、场景理解等生成数据，后者模仿人脑对生成的数据进行算法处理，从而令人形机器人完成各自任务，而无论是机器视觉或神经网络都与AI息息相关。AI已成为人形机器人的核心。

AI通过数据学习，一层层的神经网络，机器自主分辨参数，不断地将参数归类、计算，形成机器自我的学习。神经网络在机器学习和认知科学领域，是一种模仿生物神经网络（动物的中枢神经系统，特别是大脑）的结构和功能的数学模型或计算模型。神经网络由大量的人工神经元联结进行计算。大多数情况下人工神经网络能在外界信息的基础上改变内部结构，具备学习功能。

ChatGPT或带来人形机器人下一拐点

人形机器人是一个多任务、通用型机器人平台，未来它在工业生产、社会服务等领域将有非常多的应用场景。人形机器人具有类人的感知、决策、行为和交互能力。其有类人的外形外观、感觉系统、智能思维方式，控制系统和决策能力，最终表现“行为类人”。设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互，从而辅助甚至替代人类的生产生活，应用场景上，涵盖物流、送餐、清洁、陪伴、娱乐等应用领域。

ChatGPT基于OpenAI公司开发的一个GPT-.5架构的大型语言模型，通过强化学习训练人工智能聊天机器人程序，能够广泛应用于业界和客户服务，基于Transformer架构的强大算力的语言模型，具有深度学习特质，葆有出色的语言理解和文本对话生成能力，ChatGPT的语言理解和生成水平的便捷性或带来人形机器人下一拐点。

1)医疗场景

根据《中国疗养医学》研究，人形机器人干预联合体感游戏可改善孤独症谱系障碍患儿的情感状况，促使其社交行为恢复正常。

ChatGPT加持下的优势畅想：ChatGPT是人工智能语言处理领域的一项重要技术突破，是因为其“更像人类一样说话”，摆脱了上一代人工智能明显的“机器话”，因此，被称为“有史以来向公众发布的最好的人工智能聊天机器人”。ChatGPT促使人形机器人能够更快更好地辅助心理咨询，儿童自闭症患者的治疗等。

2)教育场景

人形机器人作为一种高新技术，将人工智能、力学、计算机、通信、控制、机械等多门学科融为一体，将人形机器人合理、科学地应用到教育教学过程中，不仅可以为学生创造一个舒适的学习环境，还可以充分调动学生的学习积极性和主动性。但人形机器人研发还处于刚刚起步的阶段,很多系统功能仍不成熟,急需发展人形机器人领域的技术创新。

ChatGPT加持下的优势畅想：ChatGPT凭借其逻辑、编程、语言理解等优势，有助于人形机器锻炼学生分析和处理问题的能力,有效提升学生的逻辑思维能力，培养学生的创新能力、实践操作能力、协作能力。

)养老看护场景

随着银发社会的如期而至，“智慧养老”被提升至国家战略，全面贯彻智慧养老的发展路线被愈发重视。人形机器人应用于养老看护场景，具有安全看护、主动提醒、危险预警、日常巡逻、社交陪护、健康管理等功能，以帮助老年人日常起居为目标，主要包括移动辅助、生活辅助、护理检测三大类。

ChatGPT加持下的优势畅想：ChatGPT将增强陪伴人形机器人的功能，陪伴人形机器人则主要是人工智能与养老服务深度融合的智慧结晶，它既可以是智能语音助手等软件应用程序，也可以是承担照护服务的硬件设备。人形机器人与ChatGPT的结合将大幅提高老年人在生活陪伴、精神慰藉等多样化养老服务方面的体验。

ChatGPT基于生成式预训练转换器的底层技术并经由系列迭代发展而来，其“脱虚向实”的态势由此激活了资本市场在各行业领域、多生活场景的火热铺展推进。

ChatGPT作为人类科技发展里程碑式的技术，大规模的提升了人工智能相关创作的成熟度、丰富度与完整度。虽然当前ChatGPT仍是一个较为新颖概念，且在使用中仍有相对的局限性，但凭借OpenAI强大的算力和算法分析，ChatGPT已在toB、toC的商业探索中加速普及。在未来，随着人形机器人与ChatGPT商业模式的进一步确定，其有望在医疗、养老、教育等应用生态中快速从“功能”进化为“智能”，并促进更多的付费商业模式落地。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

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