人形机器人产业化落地加速，看好产业链投资机会

人工智能的优秀载体，面向通用领域，市场空间广阔

真正开始深入研究人形机器人是始于 20 世纪 60 年代。自那时算起，迄今为止人形机器人的发展可分为四个阶段。第 一阶段是以日本早稻田大学打造的 WABOT-1 为代表的全尺寸机初步行走阶段；第二阶段是以本田人形机器人等为代表的 系统高度集成的能力破冰时期；第三阶段是以强复合运动能力为特征的技术突破发展阶段，突出代表者为波士顿动力 Atlas；第四阶段是以特斯拉 Optimus 机器人为代表的产业化落地阶段，该阶段尚处于发展前期。

特斯拉Optimus 的优秀不仅在于其具备精确把控动作力度、看路记路、根据人类动作范例进行端到端动作操控等惊人能 力，更在于其与遍布全球道路、拥有大量数据和实践经验的特斯拉汽车共享神经网络（NN），且二者安装了相同的完全 无人驾驶系统（Full Self-Driving，FSD）。FSD 包含多个传感器、计算机、人工智能技术和算法，以及导航和地图数 据等，帮助汽车和机器人在各类环境中实现感知、决策和行动。特斯拉基于汽车的技术、品牌和市场积累，将通用能力 尤其是在顶层数据和技术开发上的突破向机器人迁移，长期看这有助于人形机器人成本的下降。 ➢ 目前中国人形机器人领域已有较知名代表小米 CyberOne、优必选WalkerX 等，其中 WalkerX 已实现初步的基础商业化； 北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学等高校也在相关研究上积累颇丰。

2023年年初，工信部等17部门联合印发《“机器人+”应用行动实施方案》 提出，到2025年，制造业机器人密度较2020年实现翻番，服务机器人、 特种机器人行业应用深度和广度显著提升。并且《“十四五”机器人产 业发展规划》提出，力争到2025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。 ➢ 根据《中国机器人产业发展报告》，2017至 2022 年的年均增长率达到 14%。其中，工业机器人市场规模将达到 195 亿美元，服务机器人达到 217 亿美元，特种机器人超过 100 亿美元。预计到 2024 年，全球机器 人市场规模将有望突破 650 亿美元。 ➢ 根据中国电子学会、IFR数据，2022年，我国机器人市场规模预计将达到 174亿美元，五年年均增长率达到22%。其中工业机器人87亿美元，服务 机器人65亿美元，特种机器人22亿美元。 ➢ 人形机器人产业链主要包含软件端（环境感知模块、智能AI芯片模块、 操作系统模块）和硬件端（运动控制模块）。我们认为，受益于特斯拉 在无人驾驶等方面的积累，其对于人形机器人的软件端，特别是算法相 关的技术有较为深厚的沉淀，故从A股投资机会看，国内硬件供应商机会 更大。

关注上游核心零部件投资机会，降本 & 国产化将是主旋律

核心零部件方面，考虑到特斯拉机器人长期的降本诉求，因此有望引进其国内汽车产业链的相关企业，从而降低整体成 本。近来，众多的特斯拉供应链企业均开始布局机器人产业，我们认为国产化率的不断提升将有望成为行业整体的发展 趋势。 ➢ 12月13日，特斯拉通过X平台的“TelsaOptimus”官方账号，发布了OptimusGen2二代人形机器人演示视频，视频聚焦 于OptimusGen2的运动与控制性能和感知能力，演示了行走、深蹲站立、双指拿放鸡蛋等动作，新一代机器人的灵活 性、行走速度、平衡能力、精细操作与感知均有明显提升。相较于上一代Optimus，OptimusGen2的演示视频则多角度 展示了运控能力的提升：1）行走速度提高30%；2）轻松完成深蹲站立动作，机器人平衡能力明显提升，全身协调性 再上新台阶；3）单手11个自由度不变，运用灵巧手拇指和食指在两手间传递鸡蛋，并精准完成拿放动作。比起上一 代的分拣物品操作，手部动作更加精细化且速度更快；4）没有牺牲性能或结构的前提下，整体重量减轻10kg。 

核心零部件供给是未来机器人产业规模化发展的重要支撑，人形机器人三大核心零部件包括减速器、伺服系统和控制 器，成本合计占比超70%。目前，高昂的成本仍是制约人形机器人广泛应用的重要因素之一。 ➢ 人形机器人产业链可划分为软硬件两部分，软件部分一般由系统集成商或品牌方主导，包括各类机器人的算法及人工 智能算法等。硬件部分包括动力系统、智能感应系统、结构件等。其中动力系统由电池系统、伺服电机、减速器、滚 柱丝杠、控制器等构成，智能感应系统包括芯片、传感器等。从当下看，价值占比高、增量空间大、毛利可观的部分 有谐波减速器、滚柱丝杠、伺服电机、传感器等。 ➢ 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、空心杯电机等国产化率较低，国产替代空间大。

减速器：国产替代进行时，需求持续增强

减速器主要分为谐波减速器、RV减速器和行星减速器三类。 ➢ 由于人形机器人的精度要求较高，而负载要求相对较低，因此谐波减速器更受青睐。谐波减速器是基于谐波传动原理 发明的齿轮传动装置，由柔轮、钢轮、谐波发生器三部分构成。 ➢ 谐波减速器体积小、精度高、传动比高、传动平稳、可以向密闭空间传递运动等多个优点，但谐波减速器的刚度不高， 在负载较大的情况下容易出现跳齿、脱齿现象，一般只能用于中轻型器械中。在工业机器人中谐波减速器主要用于小 臂、腕部、手部等轻负载部位，人形机器人的负载较轻，因此谐波减速器的应用将更加广泛。如今，国内企业也纷纷 实现谐波减速器量产。 

谐波减速机主要适用于轻负载的小臂、腕部等机器人手臂上，因此需求量较大。根据IFR的数据，2022-2025年国内工 业机器人用谐波减速机市场规模分别为18.5/22.7/27.9/34.6亿元，2021-2025年CAGR达22.9%。 ➢ 2022年，我国谐波减速器市场竞争格局中，哈默纳科市场份额最大，占比38%，其次是绿的谐波市场份额为26%。目前， 我国国产品牌在市场占有率不断提升，国产谐波减速器已基本可以实现国产替代，在减速比、输出转速、传动精度等 方面和海外品牌差距明显缩小。 ➢ 而RV减速器由于其有较高的承载力而特别适用于机器人关节部位的重负载区域。其设计精良，采用多个轴承来增强承 载能力和稳定性，出色地满足了人形机器人在复杂运动和高负载条件下的要求。国内的RV减速器生产厂商如双环传动、 中大力德、秦川机床等，国产替代的进程在不断加速，国产品牌市场占有率也在持续提升。

传感器：“感官”和“神经”的核心零部件，行业有望进入高速发展阶段

传感器是机器人“感官”和“神经”的核心零部件，人形机器人是通过传感器来获取周围环境的信息，并适应各种不 同的工作环境。 ➢ 而六维力传感器是维度最高的力觉传感器，它能给出最为全面的力觉信息，因此六维力传感器的技术难度和使用难度 都相对较大。其主要应用于人形机器人要求高度柔顺控制的手腕和脚踝部位。 ➢ 2023年，特斯拉新款Optimus完成了电机扭矩控制，力度控制更精确环境探测与记忆等复杂任务，在力控方面表现得更 加灵敏。未来，人形机器人将通过配备(A1、视觉、力觉等)传感器，呈现出多信息融合(触觉、力觉和视觉等)的力控 实现形式，将为六维力传感器在人形机器人领域的应用带来广阔的发展空间。 

根据GGII的数据显示，2022年中国市场六维力/力矩传感器销量8360套，同比增长57.97%，其中机器人行业销量4840套， 同比增长62.58%，根据GGII的预测，到2027年中国市场六维力/力矩传感器销量有望突破84,000套，复合增长率超过 60%，其中机器人行业销量有望突破42,000套; ➢ 2022年中国六维力/力矩传感器市场规模2.39亿元，同此增长52.04%，其中机器人行业六维力/力传感器市场规模1.56 亿元，同比增长54.35%。根据GGII的预测，2027年中国六维力/力矩传感器市场规模将超过15亿元，复合增长率超过 45%； ➢ 目前，六维力/力矩传感器的市场规模仍偏小，尚未形成明显规模效应。随着应用领域的拓展，六维力/力矩传感器有 望进入高速成长期，期间将有望伴随产品价格的下降以及国产化率的提升。

空心杯电机 & 丝杠：当前国产化率较低，进口替代空间广阔

空心杯电机：手部关节的核心部件

空心杯电机是一种采用无铁芯转子的直流永磁伺服控制 电机，其凭借其寿命长、快速响应、体积小、高精度等 特征被广泛应用于工厂自动化、航天航空、医疗技术等 领域。 ➢ 在人形机器人领域，由于其手指空间较为狭小，因而人 形机器人手指关节需配备更多小型化且能够输出较大力 的电机。空心杯电机结构紧凑、能量密度高、功率低， 完美契合人形机器人对应手指关节轻量化、高精度等需 求，从而满足手部运动的快速响应。。 ➢ 全球空心杯电机市场正在迅速发展，根据Market Watch 机构数据，2022年全球空心杯电机市场规模为5.329亿美 元，预计2028年市场规模将达到7.019亿美元，年复合增 长率为4.7%。推动空心杯电机市场增长的关键因素在于 全球范围内对医疗设备、仪器仪表、电动工具、工业自 动化、航空航天以及交通运输需求的持续扩大。同时， 在需要快速响应（如军工、检测）和对重量和能耗要求 较高（如无人机、机器人）等领域广泛应用。 ➢ 长期以来，空心杯电机市场主要由外资企业主导，国产 替代具备持续扩张的潜力。根据立鼎研究院的数据。空 心杯全球竞争格局高度集中，目前海外厂商为主。全球 空心杯电机市场的主要制造商包括Faulhaber、Maxon、 Portescap、Allied MotionTechnologies等公司，这四 家顶级制造商占据了65%以上的市场份额。 ➢ 国内主要电机厂商如鸣志电器、鼎智科技（江苏雷利的 子公司）、拓邦股份、伟创电气、恒帅股份等主要占据 中低端市场，产量规模较大，但高端市场份额仍然较低。

丝杠：“肢体”的核心组成部分

行星滚柱丝杠是将旋转运动转化为直线运动，具备了 “高承载、高效率、高精度、高可靠性”等优点。行星 滚柱丝杠根据其结构组成及运动关系的不同可分为标准 式行星滚柱丝杠、反向式行星滚柱丝杠、循环式行星滚 柱丝杠、差动式行星滚柱丝杠、轴承环式行星滚柱丝杠。 其中反向式行星滚柱丝杠适合紧凑场景，如人形机器人。 ➢ 根据GGII的数据，以特斯拉机器人Optimus为例， Optimus躯干共有28个关节，旋转关节和直线关节各14 个，其中直线关节或采用了大、中、小三种共计14个反 向式行星滚柱丝杠，行星滚柱丝杠价值量占比13.8%。 ➢ 根据GGII测算，到2030年全球人形机器人领域行星滚柱 丝杠市场需求量将近1800万台，市场规模将近130亿元。 ➢ 国外行星滚柱丝杠企业经过多年技术积累与先发优势， 占据市场主导地位，根据相关数据显示，外资企业 Rollvis、GSA、Ewellix、Rexroth在国内市场份额占比 分别26%、26%、14%、12%，而国内企业合计占比仅19%， 国产替代空间大。

复合集流体量产在即，设备端有望率先受益

复合集流体0-1突破，未来可期

复合集流体，是一种以高分子PET/PP等有机高分子材料作为支撑层，上下两面沉积金属（铜或铝），镀制成“金 属导电层-PET/PP高分子材料支撑层-金属导电层”三明治结构的新型复合箔材。复合铜箔和复合铝箔分别作为负极 集流体和正极集流体替代传统电解铜箔和压延铝箔应用于锂电池。复合集流体结构以高分子材料作为中间层基材，通过真空蒸镀等工艺，在基材上下两面沉积出Al/Cu金属导电层。 目前，高分子材料以PET/PP为主流技术路线，PI材料由于价格昂贵，且薄型化加工困难，仍处于研发阶段。根据《锂离子电池用先进集流体的应用研究》，与传统铜箔相比，PI-TPP-Cu复合集流体的密度降低了4倍，同时保 持了与铜箔(６μｍ)相当的机械性能。使用该复合集流体组装的锂离子电池，比能量增加了约16%-26%。

复合集流体以兼顾能量密度、循环导命、安全性及电池成本的优势成为电池能量密度提高的最佳解决方案之一。普通集流体材料穿刺时会产生大尺寸毛刺，造成内短路，引起 热失控而热失控则是新能源汽车电池爆炸起火的直接因素。 ➢ 复合集流体材料在受到穿刺时产生的毛刺尺寸小，并且因为高 分子材料层会发生断路效应，可控制短路电流不增大，以有效 控制电池热失控乃至爆炸起火，从根本上解决了电池爆炸起火。 ➢ 可有效防止鲤枝晶导致的一系列电池寿命及安全性问题。电池 中电离迁移的鲤离子数量超过负极石墨可嵌入数量，离子将在 负极表面结晶，称为理枝晶。鲤枝晶会不可逆地造成鲤电池的 容量和使用寿命衰减。若理枝晶继续增大，出现穿透隔膜使正 负极短路，电池将出现热失效等安全问题。而复合集流体的受 热断路效应可有效防止理枝晶导致的热失效问题，大大提升了 电池寿命和安全性。

根据重庆金美的环评报告显示，复合铜箔产品的厚度为6 微米， 其中基材PET 约为4 微米，双面铜镀层约各为1微米在铜堆积 层表面沉积约50 纳米的保护层。相比于目前动力电池中大多 采用的8 微米铜箔集流体，通过低密度、低杨氏模量、高可压 缩性以及低造价的高分子基材材料PET 替换金属铜，①有效降 低负极集流体的质量67.13%，从而提高电池体系的能量密度； ②在挤压、碰撞中起到缓冲作用，增加电池体系的安全性；③ 有利于级冲负极材料充放电过程中的体积形变，提高电池体系 的稳定性；④由于铜的成本较高，复合铜集流体将具备成本优 势。

在工艺上，传统铜箔主要由溶铜电解+电镀制备；而复合铜箔的制备工艺主要有三种。分别是：一步法、两步法和三步 法。一步法分为湿法与干法。其是通过化学沉积（湿法）或是 磁控溅射（干法）一体机一步成型，其主要优点是：工序 简单，均匀性好且良品率高，存在技术壁垒难以被模仿， 缺点是效率较低，需要额外设备投资。 ➢ 两步法采用磁控溅射法打底，再由高效的水电镀法完成绝 大部分工作，其主要优点是：在使用磁控溅射保证打底铜 层的附着性的基础上，大大提高效率。 ➢ 三步法则是在两步法的基础上增加了真空蒸镀工艺，其主 要优点是：是三种方法中效率最高的。主要缺点是：工序 繁多，且真空蒸镀工艺的高温环境容易使PET基底穿孔， 良品率低。

下游维持较高景气，我国复合集流体市场空间前景广阔

复合集流体主要应用于动力电池、储能电池等领域。近年来，在国家新能源政 策及低碳相关措施实施下，我国动力电池、储能电池等产业快速发展，对复合 集流体行业需求持续上升，市场空间前景广阔。 在新能源汽车及储能市场高速增长带动下，我国锂电池出货量不断增加。2022 年中国锂电池出货量658GWh，同比增长超过1倍。根据GGII的预测，2023年 国内锂电池市场出货量将超过1TWh。 新能源车带电量提升，2022年中国动力电池出货量480GWh，同比增长超1倍。 根据盖世汽车研究院的预测，2023年国内新能源乘用车销量增速在30%-40%， 销量达930万辆。GGII预测2023年国内动力电池出货有望超800GWh，同比增 长80%左右。 储能成为锂电池企业的第二增长曲线。2022年中国储能电池出货量130GWh， 同比增长1.7倍。2023年国内储能电池出货有望超180GWh。 根据EVTank，2023年上半年，中国锂电铜箔总体出货量为24.9万吨，同比 +41.6%。

光伏激光设备市场广阔，技术迭代释放需求

光伏行业尝试各种渠道推动电池片生产成本的下降。一是通过技术进步降低成本，根据中国光伏行业协会的统计，电池 转换效率每提升1%，成本可下降5%-7%，因此提升转换效率是降低生产成本的主要途径之一；二是通过降低物耗以降低 成本，电池片加工环节的主要材料成本包括晶硅和浆料，其中浆料价格与银等大宗商品挂钩，下降难度较大，因此企业 往往通过技术升级来降低电池片中的浆料用量，从而达到降低成本的目的；三是通过压低原材料价格以促进成本降低； 四是通过设备的国产化，提升生产品质的同时大幅度降低投资成本。综上，为在平价上网的大背景下保持企业竞争力， 电池片生产成本降低将成为市场趋势。此外，占地面积小、单位面积发电量高的高效电池成为产业发展的重要方向。电 池片转换效率主要由其技术路线、工艺和生产设备等因素决定。 ➢ 激光在N型电池中的应用包括激光掺杂、激光修复、激光刻蚀、激光转印等，价值量较PERC时代有望成倍增长，因此N型 电池放量也将带来光伏激光设备市场空间快速扩容。 ➢ 在PERC高效太阳能电池快速发展的同时，限制于电池结构的限制，转换效率逐步接近天花板。以N型电池为代表的 TOPCon电池、HJT电池、IBC等高效太阳能电池结构不断技术升级，逐步从实验室走向产业化。 ➢ 据PV Infolink预测，各大企业对N型的研发投入逐渐加大，在未来几年内，以N型为主的TOPCon、HJT和IBC增长趋势明 显。从生产工艺来看，IBC电池工艺最难最复杂，TOPCon次之，HJT电池工艺最简单、步骤最少。从生产设备来看， TOPCon电池与现有主流技术PERC太阳能电池生产工艺兼容性最高，可从PERC产线升级，IBC次之，HJT电池完全不兼容现 有设备，需要新建产线，且设备投资额最大。

激光掺杂帮助TOPCon的效率进一步提升

在TOPCon电池生产流程中，激光技术可以用于选择性重掺（SE工 艺）及激光转印等环节。 ➢ TOPCon电池中，激光硼掺杂为提效核心工艺之一，可实现0.2%- 0.3%的效率提升。 ➢ 从技术原理上看，TOPCon的激光硼掺工艺原理与PERC+SE基本相同， 即通过实现局部重掺，提升光电转换效率。但最大差异在于，两 种工艺的扩散材料本身存在差异，前者扩散硼，而PERC电池扩散 磷。且扩硼难度高于扩磷难度、更为复杂。PERC电池技术标配激 光SE为一次掺杂，但TOPCON电池用的是N型硅片衬底，需要硼扩散， 硼扩散速率慢、温度高，在硅中固溶度低、一次掺杂困难，此前 行业内使用二次掺杂方案较多。 ➢ 二次掺杂工艺主要工序为硼扩散后首先用激光开槽，将表面BSG硼 硅玻璃打穿至掺杂面，然后再进行一次硼扩形成高低结重掺。但 是硼扩温度极高、能耗较大，同时第二次硼扩也会额外增加硼扩、 清洗等设备投资。

激光 LIA 修复设备帮助HJT提效降衰

晶体硅异质结太阳电池（HeteroJunction with intrinsic Thinlayer solar cell）是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜， 综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势，具有转换效率高、工艺温度低、稳定性高、衰减率低、双面发电等显著优点。 日本三洋公司在1990年研发了HJT电池，2010年核心专利过期后，多家公司开始专注于HJT技术的研发和产业化。 ➢ 在光照情况下，对HJT电池进行加热退火，可以提高非晶硅的钝化效果，提高电池转换效率。除此之外，在HTT电池上， LIA技术同时能减少电池片的暗衰减，延长电池组件的使用寿命。 

修复工艺的核心是能否将效率提升稳定保持到组件上，主要路径有LED光注入和激光 LIA设备。激光LIA设备兼具抗衰 减和提效双重功能，且可以有效降低组件端衰减，已成为HJT光注入修复路径中的重要选项，较传统LED工艺具备绝对 优势。 ➢ 在HJT电池中的应用方面，以帝尔激光为例，公司激光修复技术通过激光均匀辐照，整幅面激光辐照均匀性可达5%以内， 满足230mm以下尺寸电池片高光强辐照，提高非晶硅的钝化效果，提升电池开路电压，同时改善银浆与衬底的接触，大 幅提高填充因子，进而提升转换效率。根据帝尔激光2020年12月19日投资者关系活动记录表，其激光LIA设备曾获量产 订单，单台设备价格不低于300万元，对应激光LIA设备单GW价值量约3000万元。

新型无接触激光转印技术，替代空间广阔

激光图形转印技术(Pattern TransferPrinting，简称：PTP)是一种新型的非接触式的印刷技术，该技术在特定柔性透 光材料上涂覆所需浆料，采用高功率激光束高速图形化扫描，将浆料从柔性透光材料上转移至电池表面，形成栅线。 PTP技术能够突破传统丝网印刷的线宽极限，轻松实现25μm以下的线宽，实现更优的高宽比，帮助电池实现超细密栅 电池，匹配选择性发射极技术，提升电池转换效率，做到18um以下可以浆料节省30%，在PERC上已经得到论证，HJT电 池使用的是低温银浆，颗粒度小，转印可以达到更新的线宽，从而降低银浆耗量，提升电池效率，TOPCON工艺是N型双 面银浆，对银浆耗量更为敏感，在TOPCon、HJT等路线上的节省量会更高。 

丝网印刷过程中，为保证整个电池幅面印刷质量，全程对电池表面施加比较大的压力。PTP技术加工过程中则无需接触 电池表面。随着182mm、210mm电池尺寸时代的到来，印刷面积更大，硅片进一步减薄，加工过程中的压力降低可以显 著降低电池的破损率，提高生产的良率，进而降低生产成本。PTP印刷技术在高效太阳能电池生产中的应用，可以实现 超细线宽的银浆印刷，改善印刷质量，进一步提升高效电池的转换效率，同时降低银浆耗量，降低生产成本。同时， PTP印刷技术不局限于电池结构，在PERC、TOPCon、HJT、IBC等电池中均有广泛的应用前景，同时，对于银包铜、低温 银浆等不同的浆料类型也可以使用。

 

编辑：520中国