人形机器人科技前瞻，机器人整机产业链跟踪：优必选、博实股份、九号公司……（2024年1月）

回顾人型机器人的发展，早在20世纪初至1950年代，人形机器人的就开始出现在科幻小说和电影中，其中最有名的是《弗兰肯斯坦》。

图：主要人形机器人发展历程
来源：兴业证券

1960年代至1970年代，随着电子学和计算机科学的发展，第一代实验性人形机器人出现，其中典型代表是WABOT-1（早稻田机器人）。WABOT-1 能够用日语与人交流，并使用外部接收器、人造耳朵和眼睛以及人造嘴来测量到物体的距离和方向。WABOT-1 用下肢行走，并且能够用使用触觉传感器的手抓握和运输物体。

1980年代至2000年代初，随着技术的进步，尤其是在人工智能和机器学习领域，使得人形机器人变得更加智能和实用。这一时期的典型代表是本田的ASIMO，特点是更小更轻量化、可实现搬运物品及奔跑功能。

2013年至今，人形机器人开始往高动态运动发展。波士顿动力生产出能实现跳跃、翻滚、倒立的液压驱动人形机器人 Atlas，而特斯拉的人形机器人 Optimus则可实现行走、搬运物品、浇花等功能。

随着特斯拉Optimus发布，国内的人形机器人行业也开始高速发展。根据工信部发布的《人形机器人创新发展指导意见》，中国将在2025年前实现人形机器人的量产，并在5年内达到世界领先水平。

优必选，作为国内代表公司，于2021年发布WalkerX，并迈出了人形机器人产业化尝试的第一步，2022年前9个月售出两台WalkerX。

2022年小米在秋季新品发布会上推出其首款全尺寸人形仿生机器人CyberOne。

2023年，达闼机器人、傅利叶智能、宇树科技、智元机器人、小鹏汽车相继推出原型机。其中傅利叶智能GR-1已经实现量产，并在9月份开启预售，2023Q4开始陆续交付；宇树科技H1预计2023Q4实现发货。

人形机器人产业链，具体包括：

图：人形机器人产业链
来源：并购优塾

上游——根据 Tesla AI Day 的预测数据，以特斯拉 Optimus 为例， 2023 年人形机器人核心零部件价值量排名前五的是无框力矩电机、减速器、力传感器、丝杆、空心杯电机，占比分别为：21%、16%、16%、14%和4%。（其中，空心杯电机、滚柱丝杠、六维力矩传感器、PEEK轻量化材料这几个环节，我们都在《优塾产业链报告库》中覆盖过）。

图：2023年人形机器人零部件价值量占比
来源：特斯拉、前瞻经济学人

无框力矩电机代表企业：美国科尔摩根、瑞士 Maxon、步科股份、禾川科技、昊志机电等；

减速机代表公司：日本哈默纳科、日本新宝、绿的谐波、来福谐波、汉宇集团等；

力传感器代表公司：ATI、宇立仪器、柯力传感、昊志机电、东华测试；

丝杆代表公司：瑞士 GSA、瑞士 Rollvis、瑞典SKF、鼎智科技、五洲新春、恒力液压等；

空心杯电机代表公司：德国 Faulhaber、瑞士 Maxon、江苏雷利（鼎智科技）、鸣志电器等；

图：主要零部件国产化率
来源：东方证券

中游——人形机器人整机厂商，国外代表公司：特斯拉、波士顿动力、戴森等；国内代表公司：小米、优必选、智元机器人、达闼、傅利叶智能、宇树科技、小鹏汽车等。

图：国内23年以来公布的人形机器人产品
来源：山西证券

下游——可分为三大类应用场景。1）导览、表演、教育、科研等场景，对技术的要求相对较低，目前已基本实现商业化。2）物流、工厂制造、危险环境作业及护理等场景，目前正逐步实现商业化。3）人形机器人走入家庭，充当家庭保姆与情感陪伴者，对人形机器人的智能程度提出较高要求，商业化落地的难度相对较大。

图：人形机器人应用场景
来源：兴业证券

从产业链上的参与者近期的增长情况来看：

优必选（广东省，深圳市）——2023年前2季度实现收入2.61亿元，同比-7.8%；归母净利润-5.33亿元，同比-3.2%。

博实股份（黑龙江省，哈尔滨市）——2023前三季度实现收入19.82亿元，同比+14.79%；归母净利润4.35亿元，同比+1.63%。

九号公司（境外）——2023前三季度实现收入75.26亿元，同比-1.39%；归母净利润3.79亿元，同比-3.75%。

从产业链上的参与者近期的增长情况来看：

图：机构一致预期增长和景气度情况
来源：并购优塾

2024年3月16日-17日，并购优塾将在上海举办为期两天的《数字化背景下的业财融合、全面预算与资金管理》主题研讨会。本课程从数字化技术发展对财务影响、业财融合、全面预算、资金管理等主要内容出发，目的在于帮助财务总监升级现代财务管理思维与管理方法。

人形机器人指形状及尺寸与人体相似，能够模仿人类运动、表情、互动及动作的机器人。人形机器人分为仿人”、“类人”、“真人”三个阶段，当前处于“仿人”走向“类人”阶段。

从应用场景来看，在仿人阶段，机器人为人类提供协助，应用于导览、表演、教育、科研等场景的服务性作业，机器人具备基本的运动与控制服务，AI能力弱，例如送餐机器人、春晚上的跳舞机器人。

类人阶段，劳动型机器人需要在物流、工厂制造、危险环境作业及护理，面对的场景更加复杂需要更强的运动控制以及AI能力。

机器人之所以设计成人形，主要出于通用性、适应性以及交互性等方面考虑。例如，人类身体结构灵活度很高，手部有27个自由度、全身有200多个自由度，因此人可以以多种多样的方式移动或运动，适应不同环境。

图：人形机器人发展阶段
来源：优必选

简单来说，人形机器人技术进步中的关键，就是智能化和运动能力。

一、智能化

智能化的推动来自于近几年快速发展的大模型。短期来看，人形机器人中大语言模型（LLM）是主流，中长期来看分别需要达到图像-语言模型（VLM）和图像-语言-动作多模态模型（VLA）。

图：算法升级的变化
来源：长江证券

首先我们来看机器人是如何工作的。根据《Robotics : Modelling, Planning and Control》机器人控制可分为 5 个层级，分别为任务级、技能级、动作级、基元级和伺服级。

其中，任务级为最高层级，任务级包括任务定义与描述、任务分解与动作拆分等；技能级负责将拆分后的动作转化为符号指令；动作级、基元级和伺服级属于传统工业机器人的范畴，包括控制、执行、反馈等环节。

图：机器人交互逻辑图
来源：华泰证券

以“去接一杯水”为例，实现这一动作需要在不同层级上实现不同的任务。

任务级： 1）任务定义与描述：去接一杯水；2）任务分解与动作拆分：把从拿杯子、打开水龙头到接水的过程拆分为一个个的细小动作；技能级：3）生成符号指令：将一系列动作用计算机编程语言表示；动作级/基元级/伺服级：4）控制-执行-反馈：根据符号指令完成一系列动作。

大语言模型（LLM）的典型代表是ChatGPT，据微软论文《ChatGPT for Robotics: Design Principles and Model Abilities》， 在传统机器人中，前三步由机器人工程师完成，只有第四步是机器人自主完成。而通过GPT实现任务级交互后，前三步可由机器人自主完成，用户只需要发送任务指令即可，用户主体从工程师变为普通用户。

图：大语言模型提升机器人只能
来源：《ChatGPT for Robotics: Design Principles and Model Abilities》

LLM模型极大程度上解决了人机交互问题，但是无法参与机器人的规划，所以无法在动作控制方面施加影响力，因此中期（3年左右维度）来看必须使用VLM模型，典型代表是谷歌的PaLM-E。

PaLM-E是将 PaLM-540B 语言模型与 ViT-22B 视觉 Transformer 模型相结合，参数量高达5620 亿（GPT4参数大于1750亿），谷歌的实验结果显示，相较于单一任务模型， PaLM-E 在执行机器人多任务模型时表现明显更优。

图：PaLM-E性能提升
来源：《PaLM-E: An Embodied Multimodal LanguageModel》

VLM解决了交互和规划，但是于缺少动作控制，机器人依然不能自主行动，因此长期（5年左右维度）来看VLA模型是必然，典型代表是谷歌的RT-X模型。在PaLM-E的基础上，加入超过 100 万条真实的机器人轨迹数据，涵盖 22 种机器人和 527 项技能（160266 项任务）。

图：RT2模型在机器人中应用
来源：《RT-2: Vision-Language-Action Models Transfer Web Knowledge to Robotic Control》

二、运动能力

传统服务型机器人设计目的单一，例如送餐机器人仅仅需要送餐，迎宾机器人仅仅需要欢迎客人。而在往工业场景拓展的时候，运动能力越高的机器人通用性也就越强，可以适应的工作也就越多。

以特斯拉人形机器人为例，其功能从早期的缓慢行走、挥手、搬运物品、浇花等，拓展至流畅的行走与抓取物品，2023年12月OptimusGen2行走速度更是提高了30%，能够实现90度深蹲以及手指抓握鸡蛋等动作。

图：特斯拉Optimus迭代
来源：特斯拉

运动能力除了算法控制外，主要受到机械层面影响。

整体来看，人形机器人机械结构的技术方案已相对成熟，但细节并不完全统一。各家厂商侧重点会有不同，部分侧重上肢运动能力（例如灵巧手的精细操作），部分侧重下肢运动能力（例如避障、腿部运动的稳定性和高性能等），部分则对运动能力要求不高而更侧重交互能力，这是由于不同厂商对后续产品的应用场景的规划不同导致的。

长期来看，机械部件属于标准品，当下国内相关企业的突破点在于国产化替代。

图：国内人形机器人与特斯拉下游应用及硬件能力对比
来源：华福证券

首先，从收入体量和业务结构方面，对各家公司有一个大致了解。

从2022年收入体量来看，九号公司（101.24亿元）>博实股份（21.54亿元）>优必选（10.08亿元）。

从2022年机器人相关业务收入来看，优必选（10.08亿元）>博实股份（1.96亿元）>九号公司（0.12亿元）。

优必选——成立于2012年，腾讯为第一大外部投资人。机器人收入占比100%，2022 年收入构成中教育机器人、物流机器人、其他行业定制机器人和消费级机器人及其他硬件的业务收入占比分别为 51.2%、 26.1%、8.2%和 13.1%。

图：收入构成（单位：亿元）
来源：并购优塾

其中，教育机器人主要负责教中小学生进行编程， 2022 年优必选机器人在国内教育智能产业中排名龙头，市场份额约为 22.5%；

物流机器人主要针对汽车、轮胎、 3C 电子、电池等行业的无人工厂、无人仓和无人配送等；其他行业机器人包括商用机器人和康养机器人等，功能可覆盖递送、清洁、导览、代步、辅助行走、陪伴等；消费级机器人，针对家庭领域，具体产品包括悟空机器人和 Ebot 机器人、积木模块机器人、扫地机器人和猫砂机等。

 图：机器人主要产品及用途
来源：公司公告

博实股份——原主业为固体物料后处理装备，主要应用领域为石化化工，并逐步扩大至新能源多晶硅原料、制药、食品、硅铁等行业的应用。目前业务包括智能制造装备、工业服务、环保工艺与装备三类，22年营业收入占比分别为：65.88%、29.67%、4.45%。

其中，智能制造装备主要包括固体物料后处理智能制造装备（占比43.84%）、橡胶后处理智能制造装备、机器人及成套系统装备（注意，仅占比9.08%）、智能物流与仓储系统；工业服务与智能装备形成相互促进，主要为生产一体化托管运营服务、设备保运、维保、备品备件销售等面向智能制造装备应用领域的运营、售后类工业服务以及补充类工业服务；环保工艺与装备产品主要为工业废酸、酸性气体治理与循环再利用工艺及装备。

图：收入构成（单位：亿元）
来源：并购优塾

现有的机器人产品应用于高温炉前作业，为适应电石行业的安全生产、替代人工需求。23年8月，博实联合哈工大共同开发人形机器人，目前项目刚开始进行。

图：产品构成
来源：公司官网

九号公司——成立于 2012 年，后获得小米投资，成为米家生态链一员，2015 年公司收购全球平衡车鼻祖 Segway赛格威，产品主要针对短途交通。22年收入构成中，电动平衡车&电动滑板、电动两轮车&电踏车、机器人占比分别为54.74%、26.28%和1.19%。

机器人品类中，割草机器人占整体约 80%，其他主要为物流机器人。其中，割草机外形类似扫地机器人，并不具有人形样式。

图：收入构成（单位：亿元）
来源：并购优塾

图：单季度利润同比增速
来源：并购优塾

我们从这个产业的微观增长情况来看：

优必选（广东省，深圳市）——2023年前2季度实现收入2.61亿元，同比-7.8%；归母净利润-5.33亿元，同比-3.2%。

23H1利润下滑源自于收入小幅下滑，从公司的收入结构来看Q4为收入主要确认期，22年Q4占到了全年收入的47.5%。

从目前的收入体量以及市场对未来两年的收入预期来看，应该还比较难支撑目前的总估值。

图：单季度利润及同环比增速
来源：并购优塾

博实股份（黑龙江省，哈尔滨市）——2023前三季度实现收入19.82亿元，同比+14.79%；归母净利润4.35亿元，同比+1.63%。

23Q3利润下滑，用于研发投入，截至Q3末研发支出共1.09亿元，同比增长51.86%，增速高于收入。根据调研，研发费用投入较大的主要是智能工厂方向、智能装备、后处理控制软件项目的研发。

机器人方面，根据23年10月27日的投资者关系记录来看，配备的先期团队，已进入项目，开始工作。

图：单季度利润及同环比增速
来源：并购优塾

九号公司（境外）——2023前三季度实现收入75.26亿元，同比-1.39%；归母净利润3.79亿元，同比-3.75%。

23Q3增长来自自主品牌：2023Q3单季度营收 27.9 亿元，同比+48.6%，分品类来看，电动两轮车实现国内销量61 万台，同比+85.0%，实现营收 16.5 亿元，同比+53.7%，三季度持续放量；

零售滑板车实现销量 37.3 万台，同比+29.9%，实现营收 7.0 亿元，同比+13.1%；全地形车/割草机器人分别实现营收 1.9/0.2 亿元，销量 4684/2105台；其他产品及配件收入 2.3 亿元。

图：单季度利润及同环比增速
来源：并购优塾

图：现金流、固定资产投资
来源：并购优塾

优必选近几年一直亏损，因为目前公司的研发开支、销售及营销开支、行政开支较高，产品销售尚未大规模起量。

优必选近几年资本开支较大，用于深圳总部以及杭州办公室的建设，其中深圳总部为公司主要的研发部门所在，截止至1H23，公司共有717名研发人员。

九号公司近几年资本支出同样较大，用于生产基地的建设，目前电动车的产能为200万台，项目完工后产能增长至300万台。

图：综合毛利率（%）
来源：并购优塾

图：净利率（%）
来源：并购优塾

图：近十个季度ROE趋势（%）来源：并购优塾

图：杜邦分析
来源：并购优塾

从净资产收益率来看，博实股份>九号公司>优必选，净利率是主导因素。

九号公司近几年毛利率存在提升趋势，因为智能电动平衡车&滑板车是公司传统主业，随着九号自有品牌占比持续提升，该业务毛利率从2020年的27.12%提升至22年的29.44%。

优必选因为规模问题暂未盈利，从下游主要的应用教育和物流来看。1）教育类产品中向学校推广使用的STEAM产品毛利较高；2）物流机器人毛利率较低，主要是相关产品定价较低和物流安装及测试工程产生的原材料成本较高所致。

此外，消费智能机器人及其他硬件设备毛利率波动大。2020年为31%；2021年下滑至-26%，主要系若干产品降价促销所致；1H23回归至16%，是由于部分产品废料减少和高毛利产品销售增加所致。

图：优必选毛利率
来源：招股说明书

图：产业链分析
来源：并购优塾

上游的硬件产品属于高端制造业，因此盈利能力普遍较好；中游环节由于人形机器人暂时未放量，因此盈利能力反应的是传统业务。

从成长性来看，人形机器人产业尚未大规模爆发，因此各个公司依然以自身的基本盘为主。

从生意质地来看，人形机器人整机厂的生意属性，类似于汽车、手机等厂商，具有品牌效应，相对上游配件厂话语权较强。对于这类生意来说，上游硬件的产业链控制能力、自身的算法研发能力，产品的性能以及准确地定位用户（使用场景）的能力是核心。 一旦市场规模起量，品牌厂商可以获得较好的毛利率和净资产收益率。

整体来说，是不错的生意，可以参考新能源车行业的整机厂比亚迪、理想汽车作为案例，未来谁能获得更大前景，主要看能否在底层技术上突破，做出性价比大幅领先于同类厂商的爆款产品。

从下游机器人新品来看，除了去年底爆红的第二代Optimus机器人，今年年初斯坦福团队发布炒菜机器人 Mobile ALOHA，成本仅为3.2万美金，并且全部开源。

一、行业应用

根据TeslaNorth网站报道，特斯拉于12月12日发布第二代Optimus机器人，在性能、设计上有一系列提升：1）零部件方面采用特斯拉自研的传感器和执行器；2）脖子有两个自由度，颈部更加拟人化；3）第二代机器人行走速度增加30%；4）机器人脚部装备力和力矩传感器，平衡能力更强，总体减重达10公斤。

2024年1月 4日，斯坦福华人团队发布炒菜机器人 Mobile ALOHA 工作视频，在视频中 ALOHA不仅完成了滑蛋虾仁、干贝烧鸡等菜品，还可以实现清洗平底锅、擦玻璃、扫帚扫地等复杂动作。整套系统总价仅需 32000美元，其中包括机器人硬件、记载电源和计算设备、摄像头、传感器、组装和维护费用以及开源的软件部分。

二、产业政策

图：人形机器人相关产业政策
来源：华宝证券

图：机器人市场空间VS智能手机VS汽车
来源：高盛

参考高盛预测，在理想状态下，若机器人软硬件在短期内产生重大技术突破，实现具身智能的同时年均降本达到20%，在乐观情况下，人形机器人的出货量有望在2035年达到…………………………

…………………………