人形机器人产业化加速即将迎来量产元年
2024-10-04 品牌动态
导读:2024年2月,人形机器人初创企业Figure宣布获得6.75亿美元的大额融资,估值达26亿美元,引发市场关注。美国当地时间3月13日,Figure发布其旗下人形机器人Figure 01搭载OpenAI模型后的最新进展视频。该视频展示Figure 01可与人类进行完整对话,以及给人递食物、捡垃圾、收拾盘子等,表明Figure 01已具备与它附近人类及其环境进行互动的能力。Figure与OpenAI宣布合作后到共同推出可自主对线天。可见,人形机器人的发展正在加速。人形机器人的整体市场发展空间如何?一级市场表现如何?预计最先在哪些领域实现应用?未来将会怎么样发展?本文将对此进行探讨。
人形机器人是指形状及尺寸与人体类似,可以模仿人类运动、表情、互动及动作的机器人,相较非人形机器人,人形机器人拥有更高的交互、感知、控制能力。人形机器人主要由三大部分构成,即感知模块、交互模块、运控模块。感知模块通过各类传感器提供视觉、触觉、位觉、力觉等信息,交互模块提供类似人体大脑的决策功能,运控模块则提供类似人体身体的运动控制功能。其中感知模块是人形机器人的基础,为交互与运控模块提供信息并实时反馈,方便人形机器人感知外部环境和物体、调整运控规划。
人形机器人产业化加速,行业关注度提升。近年来,国内外人形机器人加快速度进行发展,行业关注度日趋提升。国内方面,2023年12月“人形机器人第一股”优必选在香港交易所主板正式挂牌上市,旗下Walker X机器人是中国首个商业化双足真人尺寸人形机器人,是全球首个实现量产交付的人形机器人,并出口到沙特未来之城项目,为当地居民服务。国外方面,2024年2月特斯拉公司在社交平台上发布关于其第二代人形机器人Optimus的最新进展的视频,此次的Optimus更完善,其在行走过程中步伐稳健,动作流畅,更接近人类,这也代表着人形机器人的产业化进程正逐步加速。人形机器人的产业化加速,吸引英伟达、微软、OpenAI、谷歌、亚马逊、三星、腾讯等科技公司加快布局机器人赛道,该领域的关注度正日益提升。
利好政策频出,人形机器人加速向好发展。人形机器人是国家重点支持的战略性新兴起的产业之一,受到政府格外的重视,近2年政府出台了一系列利好政策,加速人形机器人产业的高水平质量的发展。其中,2023年11月,工信部发布《人形机器人创新发展指导意见》,提出人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进的技术,有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品。同时,该政策首次对人形机器人产业高质量发展提出系统性指导意见,明确了人形机器人发展的目标与时间点,即到2025年实现批量生产以及2027年形成安全可靠的产业链供应链体系,标志着国内人形机器人产业高质量发展进入新阶段。
众多企业布局人形机器人,行业竞争愈趋激烈。随着人形机器人有关技术的逐步成熟,更多企业入局人形机器人。现阶段,全球人形机器人领域主要参与者可分为3类,即机器人企业、汽车企业、互联网科技公司。(1)机器人企业:通常拥有部分机器人技术的积累,近5年来开始发力人形机器人赛道;(2)汽车企业:无人驾驶与机器人科学具有相似性,未来智能汽车企业将与机器人企业在技术、产品、生态等方面做融合;(3)互联网科技公司:拥有较强的资金实力,且视觉感知、算法、虚拟仿真等软件方面有着非常明显的优势,布局人形机器人可与原有业务产生协同效应。除了小米等直接布局人形机器人的企业外,部分企业通过投资的形式布局人形机器人赛道,如微软、OpenAI、亚马逊、三星等多家公司参与投资人形机器人初创企业Figure。此外,现阶段部分人形机器人已实现量产,这将有利于逐步推动机器人技术的发展和创新,进而推动向智能时代发展的进程。
中国的人形机器人技术已位居世界前列。据人民网研究院显示,在人形机器人有效技术数量、有效发明专利数量维度,中国企业已位居全球前列。在有效技术数量方面,国内的优必选科技以763件排名全球第一,高于本田、索尼、丰田等企业。在有效发明专利数量方面,日本企业本田位居全球第一,优必选科技则以476件排名全球第二。这表明通过长期持续的研发投入,中国企业在全球人形机器人行业已具有较强的竞争实力。
人形机器人前景良好,行业市场空间广阔。2022年11月,高盛预测人形机器人市场规模在2035年达到60亿美元,且在最理想状态下,将有望达到1,540亿美元。而在2024年2月,高盛最新预测人形机器人市场规模在2035年将达到378亿美元,主要是其对人形机器人出货量的测算增加了4倍,达140万台,同时由于人形机器人材料成本已较2022年下降约了40%,预计人形机器人将可更快实现盈利。
(1)人口老龄化程度较高:全球多个国家的人口老龄化程度已处于较高水平。按联合国标准,65岁以上人口的比重超过7%即为“老龄化社会”,14%以上为“老龄社会”,超过20%为“超老龄社会”。现阶段日本(29.1%)、德国(22.1%)、法国(21.7%)、美国(17.1%)、中国(14.9%)等多个国家均已步入老龄社会,劳动力供给将面临短缺,用机器人代替人成为不可逆趋势;
(2)行业有关技术加快革新:人形机器人本质是AI系统落地物理世界的最佳载体,AI大模型技术在人形机器人“大脑”中具备极其重大作用,而近2年来以ChatGPT为代表的AI大模型不断迭代,其自主决策、多模态感知、泛化/涌现等能力持续进步,这将有利于人形机器人更好理解人类语言、行为和环境,使人形机器人的工作和感知形成闭环,更好为人类服务。AI大模型等人形机器人行业有关技术的持续进步,使人形机器人的应用场景进一步拓宽,进而打开其未来成长空间;
(3)政策利好:人形机器人是重要的新兴起的产业,近3年来各国政府出台了多项政策支持该行业。例如,2023年中国出台《人形机器人创新发展指导意见》,要求到2025年人形机器人创新体系初步建立,2027年人形机器人技术创造新兴事物的能力明显提升;2023年美国出台《国家人工智能研发战略计划》,明白准确地提出要开发功能更强大、更可靠的机器人;2023年韩国发布《机器人发展的策略》,提出韩国政府和企业计划到2030年投资3万亿韩元以上,将机器人市场规模从2021年的5.6万亿韩元增加至2030年的20万亿韩元以上,同期机器人出口也将从1.1万亿韩元增加至5万亿韩元。
零部件与软件系统对人形机器人起到关键作用,同时人形机器人有望在工业场景率先实现大规模应用。人形机器人可分为上游的零部件与软件系统、中游的本体生产制造和下游的应用三大核心环节。人形机器人的上游主要是零部件与软件系统供应商,其中零部件最重要的包含传感器、电机、减速器等,零部件和软件系统的质量对机器人本体的性能、负荷能力、可靠性等指标起着决定性作用,工艺难度较高。人形机器人的中游是机器人本体的生产制造商,将各零部件组装成完整的机器人产品,并来测试、训练、质检等,工艺难度较上游核心零部件低。人形机器人的下游则是各类终端应用场景,预计人形机器人将率先在工业场景实现大规模应用。
在下游应用场景方面,多家企业的人形机器人已在工业场景中实现初步应用。例如,国内优必选在2024年2月发布其工业版Walker S人形机器人在蔚来汽车工厂进行“实训”的视频,“实训”任务包括移动产线启停自适应行走、鲁棒历程计与行走规划、感知自主操作与系统数据通信与任务调度等方面;美国1X Technologies和ADT commercial共同研发的人形机器人EVE已成功应用于工业场所的巡逻安保场景;Agility Robotics在俄勒冈州投建全球第一个人形机器人制造工厂RoboFab,同时其旗下的人形机器人Digit目前主要使用在于物流仓储环节,预计将在2025年全面上市。此外,特斯拉首批量产的Optimus也将优先应用在特斯拉工厂做移动搬运等工业级操作,随后接管汽车生产领域,最后扩展至家庭等更复杂的场景中。
伺服电机、直线执行器、减速器是人形机器人的关键零部件。从人形机器人成本角度看,以特斯拉人形机器人Optimus为例,特斯拉采用自研的FSD(特斯拉的自动驾驶软件)作为Optimus的控制管理系统,成本占比达40%。此外,Optimus成本占比最大的零部件为伺服电机、直线执行器、减速器,分别为19%、15%、14%。
伺服电机方面,无框力矩电机、空心杯电机是人形机器人主要的电机类型。无框力矩电机是一种低压伺服电机,可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;空心杯电机是一种直流、永磁、伺服微特电机,具有节能、轻量化、响应速度快、高能量密度、拖动特性等特点,当前主要的空心杯电机厂商为瑞士Maxon、瑞士Portescap、德国Faulhaber、美国Allied Motion,这四家厂商占据市场占有率的65%以上,而国内空心杯电机厂商的大批量生产核心工艺与海外厂商仍有差距。
直线执行器方面,行星滚柱丝杠是人形机器人主要的直线执行器类型,可将旋转运动转为直线运动,当前行星滚柱丝杠主要产能集中于欧美国家,主要企业为瑞士GSA、瑞典Ewellix等,国内行星滚柱丝杠还处在早期发展阶段,国产替代潜力较强。
减速器方面,谐波减速器、精密行星减速器是人形机器人主要的减速器类型,其作用在于降低旋转速度,提高扭矩输出,进而满足多种情景下的运动需求。随着人形机器人的需求增加,减速器市场也将迎来良好的机遇。
数据来源:车知知公众号、teslacar、chinaz、每日经济新闻、华泰研究、RimeData来觅数据整理
人形机器人领域受资本关注,优质项目吸金能力强。受益于人形机器人的商业化落地进程加快,其在一级市场的关注度逐渐提高。据来觅PEVC多个方面数据显示,2023年至2024年2月,国内人形机器人的融资案例达18起,已披露的融资金额超过30亿元。从全球角度看,人形机器人优质项目吸金能力强。例如,国内的智元机器人在近1年获得5轮融资,已披露融资金额累计超过6亿元,估值已达70亿元;美国的Figure更是吸引到多家有名的公司参投,如微软、亚马逊、OpenAI、英伟达、英特尔、三星等,目前共获得3轮融资,融资金额累计达7.54亿美元,估值提升至26亿美元;挪威的1X Technologies共获得2轮融资,融资金额累计为1.235亿美元。
人形机器人一级市场投资呈现“投早期”的特点。从融资案例数角度看,2023年至2024年2月,国内人形机器人融资轮次多处在早期阶段(种子轮至A轮),占比为83.33%,中后期(B轮至D+轮)融资案例占比仅16.67%。这主要是因为人形机器人领域尚未成熟,行业仍处于较早期发展阶段。从融资金额角度看,国内人形机器人早期融资金额占比为34.21%,中后期融资金额占比为65.79%,这主要是受宇树科技近10亿元B2轮、达闼机器人超10亿元C轮的大额融资事件影响,这也显示出人形机器人领域强劲的发展潜力。
人形机器人产业化进程加速,即将迎来量产元年。《人形机器人创新发展指导意见》提出目标,即人形机器人到2025年实现批量生产。同时,2024年以来,人形机器人行业的热度逐渐提升,在政策利好、资本加持、成本下降、AI技术进步等因素驱动下,人形机器人的产业化进程加速,这在某种程度上预示着人形机器人即将迎来量产元年:
(1)政策利好:2024年1月,工信部等七部门联合引发的《关于推动未来产业创新发展的实施建议》明确人形机器人是创新标志性产品,要做强人形机器人等未来高端装备。持续出台的人形机器人利好政策,将有利于加快人形机器人的创新发展;
(2)资本加持:2024年人形机器人领域出现多项大额融资事件,如国内的星动纪元获得超1亿元融资、宇树科技获得近10亿元融资,美国的Figure获得6.75亿美元的融资等,表明资本认为人形机器人拥有非常良好的发展前途。更多资本的进入,将有利于企业加大对人形机器人的研发与生产投入,进而加快突破关键核心技术;
(3)成本下降:据高盛测算,人形机器人的单位制造成本已从2022年的5万-25万美元下降至3万-15万美元,下降幅度约40%,且呈现不断下滑的趋势,这为人形机器人的量产提供有力支撑;
(4)AI技术进步:2024年2月,OpenAI发布首个文生视频大模型Sora,可以用文本指令生成60秒的高清视频,是人工智能的一项重大突破。而人形机器人是生成式AI走向AGI(通用AI)的路上不可或缺的重要硬件载体,因此AI大模型技术的持续突破,将有望加速人形机器人的产业化。
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