最新資訊：機器人實現(xiàn)精準(zhǔn)操作的核心部件之伺服電機產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/p>
3.電機：機器人實現(xiàn)精準(zhǔn)操作的核心部件
3.1伺服電機
伺服電機市場持續(xù)增長，機器人應(yīng)用占比基本穩(wěn)定。伺服電機的下游較為廣泛， 包含機床、電子制造設(shè)備、包裝機械、紡織機械、機器人、塑料機械、醫(yī)療機械、食 品機械以及其它領(lǐng)域，隨著下游需求的不斷提升，伺服電機的市場規(guī)模持續(xù)增長，據(jù) 統(tǒng)計伺服電機規(guī)模已從 2011 年的 25 億元提升至 2020 年的 83 億元，總體保持穩(wěn)定增 長態(tài)勢。 從應(yīng)用占比來看，早期機器人的伺服電機應(yīng)用占比較低，而在 2015 年已快速提 升至 9%，之后占比保持在 6%-9%的范圍內(nèi)，而隨著市場規(guī)模整體的擴大，機器人領(lǐng)域所對應(yīng)的伺服電機規(guī)模也將提升。
3.2液冷電機
除傳統(tǒng)的伺服電機外，液冷電機也有望應(yīng)用于機器人領(lǐng)域。液冷電機的特點在于 通過液體冷卻技術(shù)同時實現(xiàn)了高效散熱以及防水的功能。在高端電子產(chǎn)品、超級計算 機的 CPU 散熱中，液冷電機已有一定程度的應(yīng)用，而在電動車領(lǐng)域綠源電動車也通過 液冷技術(shù)來降低電機的工作溫度，大幅提高運行效率，有效解決了傳統(tǒng)電機因為發(fā)熱 而導(dǎo)致的性能降低問題，但液冷電機目前依然存在價格較高的問題。
3.3空心杯電機
空心杯電機主要由后蓋、接線端子、電刷、杯形繞組（轉(zhuǎn)子）、轉(zhuǎn)軸、定子等部 件構(gòu)成，其中定子由永磁體、殼體、法蘭組成。外殼提供了恒定的磁場，使電機無鐵 損耗，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是均勻的，在較高的速度下可以減少振動及噪音，在低速下也能 運行平穩(wěn)。 空心杯電機的主要應(yīng)用領(lǐng)域為需要快速響應(yīng)的隨動系統(tǒng)，如光驅(qū)的隨動控制、高 靈敏的記錄和檢測設(shè)備、工業(yè)機器人、仿生義肢等產(chǎn)品。針對人形機器人的應(yīng)用場景， 空心杯電機可使用在機器人的手指部位，實現(xiàn)手指的快速響應(yīng)以滿足工作需求。
空心杯電機可歸類為微特電機，當(dāng)前微特電機高端市場中由日本電產(chǎn)主導(dǎo)，國內(nèi) 龍頭企業(yè)主要為鳴志電器、江蘇雷利、大洋電機等。其中僅鳴志電器生產(chǎn)以應(yīng)用方向 為機器人的空心杯電機，且具有美國沃爾瑪 AGV 機器人獨供經(jīng)驗。此外，當(dāng)前鳴志電 器發(fā)展路徑與世界龍頭日本電產(chǎn)相似，通過橫向并購海外公司并發(fā)展海外業(yè)務(wù)。
3.4控制器
工業(yè)機器人控制系統(tǒng)分為硬件類控制器和軟件類控制軟件。控制器可分為上位主 控計算機和下位多軸關(guān)節(jié)伺服控制器，主控計算機負(fù)責(zé)下達(dá)指令以控制各伺服驅(qū)動裝 置，實現(xiàn)對機器人的工作順序、位置、運動速度、時間間隔的控制。工業(yè)機器人的控 制方式包括運動控制和力控制。運動控制主要控制機器人的位置，而力控制則控制機 器人末端執(zhí)行器的作用力與力矩，主要用于會與環(huán)境接觸的加工機器人、裝配機器人。 控制器產(chǎn)品的精密性會極大影響機器人的工作表現(xiàn)，目前海外部分企業(yè)的控制器 產(chǎn)品在性能表現(xiàn)上較為領(lǐng)先，能夠滿足絕大多數(shù)應(yīng)用的需求，國產(chǎn)控制器產(chǎn)品仍有較 多提升空間。
3.5重點企業(yè)分析
目前國內(nèi)伺服電機市場主要由海外企業(yè)所主導(dǎo)，2020 年國內(nèi)匯川技術(shù)、臺灣臺達(dá)、禾川科技的市占率合計為 22.2%，國內(nèi)許多企業(yè)的伺服電機產(chǎn)品仍主打中低端市 場，隨著伺服電機相關(guān)核心技術(shù)的進(jìn)一步突破，國內(nèi)廠商在未來有望上攻高端市場加 速國產(chǎn)化替代進(jìn)程。
匯川技術(shù)：工控領(lǐng)域龍頭，伺服國內(nèi)第一。匯川技術(shù)早期從事變頻器供應(yīng)，目前 已成為機電液綜合產(chǎn)品及解決方案供應(yīng)商，公司的工控產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各制造業(yè)裝備， 其中伺服系統(tǒng)在 2021 年以 15.9%的市占率居于國內(nèi)首位。公司 2021 年實現(xiàn)營收 179.43 億元，同比增長 55.87%，實現(xiàn)歸母凈利潤 35.73 億元，同比增長 70.15%。
禾川科技：國內(nèi)工業(yè)自動化控制設(shè)備領(lǐng)軍企業(yè)，伺服系統(tǒng)國產(chǎn)品牌位列第二。 禾川科技是一家技術(shù)驅(qū)動的工業(yè)自動化控制核心部件及整體解決方案提供商，主要從 事工業(yè)自動化產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及應(yīng)用集成。禾川科技的主要產(chǎn)品包括伺服系 統(tǒng)、PLC 等，覆蓋了工業(yè)自動化領(lǐng)域的控制層、驅(qū)動層和執(zhí)行傳感層和工業(yè)富聯(lián)、寧 德時代、順豐控股、三通一達(dá)、隆基股份、捷佳偉創(chuàng)、先導(dǎo)智能、藍(lán)思科技、埃夫特 等多家行業(yè)龍頭企業(yè)。公司 2021 年實現(xiàn)營收 7.51 億元，同比增長 38.13%，實現(xiàn)歸 母凈利潤 1.1 億元，同比增長 3%。
鳴志電器：借力技術(shù)儲備優(yōu)勢，空心杯電機前景廣闊。鳴志電器利用早期在直 流無刷系統(tǒng)的研發(fā)中所儲備的技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)一步研發(fā)出獨特的無齒槽空心杯無刷電機， 具有無齒槽轉(zhuǎn)矩、低振動噪音及運轉(zhuǎn)平順等特點，控制模型線性化，最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 10 萬轉(zhuǎn)，在生物醫(yī)療、小型精密機器人等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。公司 2021 年實 現(xiàn)營收 27.14 億元，同比增長 22.66%，實現(xiàn)歸母凈利潤 2.80 億元，同比增長 39.27%。
4.汽車結(jié)構(gòu)件或可與機器人聯(lián)動
4.1結(jié)構(gòu)件基本情況介紹
傳統(tǒng)的工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)件主要包含外部殼體、驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)等部件。特 斯拉通過自身豐富的供應(yīng)商資源，或可在汽車結(jié)構(gòu)件與機器人結(jié)構(gòu)件之間形成聯(lián)動， 共享供應(yīng)商資源。
2021 年 12 月，特斯拉全球副總裁陶琳表示，特斯拉上海工廠已經(jīng)實現(xiàn)超過 90% 的供應(yīng)鏈本土化。參考特斯拉汽車國內(nèi)供應(yīng)鏈占比，人形機器人量產(chǎn)階段或?qū)⒁?國內(nèi)供應(yīng)商，國產(chǎn)結(jié)構(gòu)件供應(yīng)商有望迎來新增量。我們認(rèn)為人形機器人量產(chǎn)階段或依 托現(xiàn)有汽車供應(yīng)鏈體系，其中結(jié)構(gòu)件部分技術(shù)難度低于動力系統(tǒng)和 AI 系統(tǒng)，國內(nèi)龍 頭企業(yè)已形成規(guī)模，切入機器人供應(yīng)鏈的可能性較高。
4.2重點企業(yè)分析
拓普集團：汽車 NVH 龍頭，技術(shù)行業(yè)領(lǐng)先。拓普集團在汽車 NVH（即減振降噪以 及舒適性控制）領(lǐng)域的技術(shù)水平居于國內(nèi)前列，是國內(nèi)較早進(jìn)入全球整車配套零部件 采購體系的自主品牌汽車零部件供應(yīng)商。公司是特斯拉供應(yīng)鏈中極為重要的一環(huán)，自2016 年正式成為特斯拉供應(yīng)商，主要負(fù)責(zé)提供底盤系統(tǒng)、副車架、內(nèi)飾等，2020 年 依托特斯拉成功開拓汽車熱管理業(yè)務(wù)，2021 年 1-9 月特斯拉升至拓普集團第一客戶， 占總營收比重為 41.47%，未來人形機器人量產(chǎn)有望為拓普集團帶來增量。公司 2021 年實現(xiàn)營收 114.63 億元，同比增長 76.05%，實現(xiàn)歸母凈利潤 10.17 億元，同比增長 61.93%。
旭升股份：深耕鋁合金壓鑄件，產(chǎn)品受主流客戶認(rèn)可。旭升股份的主要產(chǎn)品為 熱成型壓鑄鍛造的精密鋁合金零部件，下游應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋汽車行業(yè)及其他機械制造業(yè)， 曾榮獲特斯拉“杰出合作伙伴”。公司與特斯拉的合作基礎(chǔ)深厚，自 2014 年起與特斯 拉全面合作，由個別零部件供應(yīng)商逐漸發(fā)展為全面供應(yīng)傳動系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)件 供應(yīng)商。同時，自 2015 年起，特斯拉一直是旭升股份第一大客戶，總營收貢獻(xiàn)率數(shù) 年在 40%以上。此外，在人形機器人輕量化發(fā)展的方向中，公司深耕汽車輕量化和精 密鋁合金領(lǐng)域或?qū)⒕邆湎劝l(fā)優(yōu)勢。公司 2021 年實現(xiàn)營收 30.23 億元，同比增長 85.77%， 實現(xiàn)歸母凈利潤 4.13 億元，同比增長 24.16%。
安潔科技：綁定頭部客戶，橫跨消費與汽車兩大賽道。安潔科技為各類智能數(shù) 碼產(chǎn)品以及新能源汽車提供精密功能性器件的生產(chǎn)，在存儲器和電腦業(yè)務(wù)方面切入微 軟和蘋果供應(yīng)鏈，汽車領(lǐng)域已進(jìn)入特斯拉供應(yīng)鏈并為 Powerwall 儲能系統(tǒng)和 Model3 進(jìn)行零部件供應(yīng)。公司 2021 年實現(xiàn)營收 38.84 億元，同比增長 33.68%，實現(xiàn)歸母凈利潤 1.99 億元，同比增長-57.50%。
5.半導(dǎo)體芯片及器件
人形機器人需要多種半導(dǎo)體產(chǎn)品。特斯拉的人形機器人定位于執(zhí)行家庭服務(wù)與工 業(yè)生產(chǎn)中更復(fù)雜的任務(wù)，最終實現(xiàn)勞動力替代。參考智能網(wǎng)聯(lián)汽車架構(gòu)，人形機器人 在具體完成某項任務(wù)時的基本流程也可分為感知、決策和執(zhí)行三個層面，因此我們認(rèn) 為人形機器人在半導(dǎo)體產(chǎn)品的使用上可以參考特斯拉的 Model 系列轎車：包括實現(xiàn)數(shù) 字、圖像、聲音等多類型數(shù)據(jù)處理的主控芯片、各類功能實現(xiàn)所需要的控制單元芯片 MCU 和動力單元所需要的核心器件 IGBT。
5.1主控芯片：自研FSD芯片生態(tài)完善
汽車端決策層生態(tài)完善，F(xiàn)SD 芯片助力人形機器人。特斯拉在智能汽車的決策層 具備非常深厚的技術(shù)積累：在硬件層面公司已經(jīng)開發(fā)了自有的 FSD（Full Self-Drive） 全自動駕駛系統(tǒng)及 FSD 芯片，F(xiàn)SD 芯片主要作用是將視覺系統(tǒng)采集到的圖像信息通過 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相關(guān)算法進(jìn)行處理并做出實施決策。以 2019 年在 Model 3 上批量交貨 的 FSD 芯片為例，該芯片采用三星的 14nm FinFET 工藝，面積約為 260 平方毫米，集 成了 CPU、GPU、NPU、ISP 和各種硬件加速器。與智能汽車類似，人形機器人也是通 過攝像頭等感知傳感器對周邊的信息進(jìn)行采集，我們認(rèn)為特斯拉基本會使用自研的 FSD 芯片作為人形機器人的主控芯片，高性能的 FSD 芯片將會幫助人形機器人實現(xiàn)一系列的復(fù)雜功能。
5.2MCU：國內(nèi)廠商積極布局有望導(dǎo)入
人形機器人對 MCU 的需求量大。根據(jù)特斯拉在 2021 年“人工智能日”公布的數(shù) 據(jù)，人形機器人全身共有 40 個左右的機電執(zhí)行器，我們初步判斷每個人形機器人至 少需要搭載 30~40 顆 MCU，考慮到人形機器人的控制對于精度的要求非常高，所使用 的控制器應(yīng)該為更高端的 32 位 MCU。
MCU 市場規(guī)模穩(wěn)步提升，汽車和工控為前兩大應(yīng)用領(lǐng)域。在汽車智能化、電動化 和積極推動雙碳政策的大背景下，汽車和工控領(lǐng)域繼續(xù)推動全球 MCU 市場規(guī)模增長， 根據(jù) IC Insights 數(shù)據(jù)，2021 年全球 MCU 市場需求旺盛，全年銷售額增長 23%至 196 億美元，預(yù)計 2022 年將增長 10%至 215 億美元，2026 年將達(dá)到 272 億美元，2022-2026 年 CAGR 為 6.77%。2020 年全球 MCU 市場下游應(yīng)用中，汽車與工業(yè)占比位列前二，分 別為 35%和 24%；國內(nèi) MCU 市場下游應(yīng)用中，消費電子占比最大達(dá)到 26%，其后分別 為計算機與網(wǎng)絡(luò)（19%）、汽車電子（15%）等。
市場份額集中在國外廠商。根據(jù) IC Insights 數(shù)據(jù)，2021 年全球 MCU 市場份額 前五名分別為 NXP（18.8%）、Microchip（17.8%）、Renesas（17%）、ST（16.7%） 和 Infineon（11.8%），前五大廠商共占據(jù) 82.1%的市場份額，在尋求芯片自主可控 的大背景下，國內(nèi) MCU 廠商的替代空間較大。
國內(nèi)廠商積極布局工控與汽車領(lǐng)域，建議關(guān)注兆易創(chuàng)新。在 MCU 領(lǐng)域，國內(nèi) 4 位、8 位和 16 位的 MCU 自給率較高，已經(jīng)在消費電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了替代，但在性能 要求較高的工控、汽車領(lǐng)域自給率還較低，市場主要被國外廠商占據(jù)。2021 年由于 全球 MCU 產(chǎn)能的緊張以及下游需求出現(xiàn)高景氣，全球 MCU 市場出現(xiàn)了供不應(yīng)求的 情況。在此背景下，國內(nèi) MCU 龍頭兆易創(chuàng)新積極完善產(chǎn)品矩陣，已成功量產(chǎn) 35 個 系列約 400 種型號的 MCU 產(chǎn)品，可以滿足高、中、低端各種市場需求，公司 40nm 車規(guī)級 MCU 已經(jīng)完成流片并進(jìn)入客戶測試，車規(guī) MCU 產(chǎn)品的性能要求相較工業(yè)類 MCU 更高，我們認(rèn)為未來人形機器人也有望成為兆易創(chuàng)新的業(yè)績增長的驅(qū)動力之一。
5.3.IGBT：動力單元核心器件，SiC廠商有望受益
動力總成系統(tǒng)：IGBT 是人形機器人不可或缺的器件。人形機器人進(jìn)行任何任務(wù) 的執(zhí)行均離不開動力總成系統(tǒng)，動力總成系統(tǒng)包括動力電池、驅(qū)動電機、電池管理系 統(tǒng)等。特斯拉在動力電池及電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域具備較強的技術(shù)積累，參考特斯拉 Model 汽車配置，我們認(rèn)為人形機器人也需要電機（逆變器）、充電模塊（類似新能 源汽車 OBC）等，這增加了對于功率器件 IGBT 的需求。IGBT 在人形機器人中的作 用包括：在逆變器中將直流轉(zhuǎn)換為交流，從而驅(qū)動電機運行；在充電器中實現(xiàn)交流到 直流的轉(zhuǎn)換并進(jìn)行高低壓變換。
IGBT：電氣電子領(lǐng)域的“CPU”。IGBT 全稱為絕緣柵雙極型晶體管，它由絕緣 柵型場效應(yīng)管和雙極型三極管兩個部分組成，其兼具 MOSFET 輸入阻抗高、控制功 率小、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)速度快和 BJT 通態(tài)電流大、導(dǎo)通壓降低、損耗小等優(yōu)點。 IGBT 可分為單管、IPM 和 IGBT 模塊：IGBT 單管主要用于小功率家用電器、分部式 光伏逆變器、小功率變頻器，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝；IPM 模塊應(yīng)用于白色家電中 的變頻空調(diào)、變頻洗衣機，制造工藝為環(huán)氧注塑工藝；IGBT 模塊應(yīng)用于大功率變頻 器、電焊機、新能源車、集中式光伏等領(lǐng)域，制造工藝為灌膠工藝。按照電壓等級劃 分，600V 以下的低壓 IGBT 主要應(yīng)用于消費電子領(lǐng)域，600V~1200V 的中壓 IGBT主要應(yīng)用于新能源車、光伏、工業(yè)等領(lǐng)域，1700V 以上的超高壓 IGBT 主要應(yīng)用于軌 交、風(fēng)電、智能電網(wǎng)領(lǐng)域。
新能源汽車與光伏成為 IGBT 市場主要增量領(lǐng)域。根據(jù) Omdia 數(shù)據(jù)，全球 IGBT 市場規(guī)模 2024 年預(yù)計達(dá)到 66.19 億美元，2020-2024 年 CAGR 約為 5.16%；中國 IGBT 市場規(guī)模 2024 年預(yù)計達(dá)到 25.76 億美元，2020-2024 年 CAGR 約為 4.34%， 中國市場占全球比例約為 40%左右。2020 年以來，新能源汽車、光伏和儲能等領(lǐng)域 對于 IGBT 需求呈現(xiàn)高增長，已經(jīng)成為 IGBT 市場核心驅(qū)動力。
第三代半導(dǎo)體 SiC 功率器件廠商有望受益。目前新能源車使用的 IGBT 基本為硅 基器件，基于第三代半導(dǎo)體 SiC 的功率器件在新能源領(lǐng)域還未大規(guī)模使用。相比于 硅材料，SiC 材料的擊穿電場強度更高，可以達(dá)到硅材料的 10 倍以上，因此基于 SiC 制備的功率器件具備更高的耐壓性，同時還具備更好的耐高溫特性和更低的開關(guān)損耗。
SiC 功率器件主要應(yīng)用領(lǐng)域包含新能源汽車、電力供應(yīng)、光伏、UPS 通信、軌交以 及航天軍工等，其中新能源汽車市場有望在 2023 年迎來快速上量，成為 SiC 器件市 場增長的主要驅(qū)動力，光伏領(lǐng)域的發(fā)展也將進(jìn)一步刺激市場增長。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)， SiC 功率半導(dǎo)體市場產(chǎn)值到 2025 年將達(dá)到 25.62 億美元，2019-2025 年 CAGR 為 29.6%。作為特斯拉最熱銷的車型之一，Model 3 是新能源汽車領(lǐng)域第一款使用 SiC 功率器件（SiC MOSFET）的車型，基于此我們認(rèn)為人形機器人功率器件部分也會使 用一定比例的 SiC 器件，國內(nèi)的 SiC 廠商有望迎來新的增量領(lǐng)域。
人形機器人時代關(guān)注國內(nèi) IGBT 和 SiC 優(yōu)質(zhì)廠商。我們認(rèn)為產(chǎn)品種類齊全、性 能出色和下游進(jìn)入汽車或光伏領(lǐng)域，實現(xiàn)批量出貨的 IGBT 企業(yè)將會率先進(jìn)入人形機 器人產(chǎn)業(yè)鏈，因此我們建議關(guān)注國內(nèi) IGBT 模塊龍頭斯達(dá)半導(dǎo)和軌交領(lǐng)域 IGBT 龍頭 時代電氣；第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域國內(nèi)企業(yè)以產(chǎn)業(yè)鏈單一環(huán)節(jié)為主，行業(yè)技術(shù)壁壘高，海 外龍頭企業(yè)如意法半導(dǎo)體、英飛凌均采用 IDM 模式。
6.上游零部件：傳感器
感知層：視覺方案為主，輔以毫米波雷達(dá)。特斯拉是純視覺方案踐行者，即使用 單一的攝像頭實現(xiàn)自動駕駛功能。我們認(rèn)為人形機器人應(yīng)用場景相對于自動駕駛汽車 更加封閉，人性機器人在室內(nèi)需要實現(xiàn)更高精度定位，因此除了使用攝像頭外，還應(yīng) 該使用少量毫米波雷達(dá)配合攝像頭實現(xiàn)在室內(nèi)的精準(zhǔn)定位，提升機器人任務(wù)執(zhí)行的準(zhǔn) 確率。除了會使用進(jìn)行環(huán)境感知的傳感器外，與普通工業(yè)機器人一樣，人形機器人也 需要普通的位置、壓力、速度、力矩等測量類型的傳感器。
6.1攝像頭：性價比最高的感知傳感器之一
以車載攝像頭為例：鏡頭與圖像傳感器價值量較高。普通的車載攝像頭由圖像 傳感器、光學(xué)鏡頭、圖像信號處理器及各種結(jié)構(gòu)件組成，根據(jù) ON SEMI 數(shù)據(jù)，車載攝 像頭中圖像傳感器、模組封裝和鏡頭的成本占比分別為 50%、25%和 14%，因此我們主 要關(guān)注光學(xué)鏡頭以及圖像傳感器賽道相關(guān)機會。
光學(xué)鏡頭
人形機器人使用性能更優(yōu)的玻璃鏡頭。光學(xué)鏡頭按照制備材料不同可分為玻璃鏡 頭（G）、塑膠鏡頭（P）和玻塑混合鏡頭（G+P），玻璃鏡頭相比塑膠鏡頭在折射率、 穩(wěn)定性、環(huán)境耐受性等性能上具有更好的表現(xiàn)，但成本和制備難度也更高。玻璃鏡頭 制備工藝主要包括模造成型工藝、晶圓級光學(xué)器件工藝（WLO，Wafer Level Optics） 和晶圓級玻璃工藝（WLG，Wafer Level Glass）。人形機器人主要通過攝像頭對周邊 環(huán)境信息進(jìn)行采集，因此我們認(rèn)為人形機器人也采用與特斯拉汽車 ADAS 相同的玻 璃鏡頭。
模造成型工藝是制備玻璃鏡頭的主流工藝，技術(shù)壁壘高。模造成型工藝技術(shù)發(fā) 展較為成熟，是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)制備玻璃鏡頭的主流工藝，該方法的基本原理是將預(yù)加工 的玻璃胚胎放置于精密成型模具中，加熱升溫使玻璃軟化，再向模具表面加壓使玻璃 成型。模具的設(shè)計與加工是該方法的核心，技術(shù)和工藝的壁壘較高，模具的精度將會 直接影響玻璃鏡頭的生產(chǎn)良率與光學(xué)性能。
機器視覺成為光學(xué)鏡頭重要增長領(lǐng)域。根據(jù)中國機器視覺產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)，機器視 覺系統(tǒng)中游零部件環(huán)節(jié)成本占比最大（45%），其次為軟件開發(fā)（35%）、組裝集成（15%） 和維護（5%），中游零部件主要包括光源、鏡頭、相機和視覺控制系統(tǒng)等。根據(jù)奧普特公司機器視覺整體解決方案顯示，光學(xué)鏡頭約占中游零部件成本的 15.6%。益于智 能制造加速，基礎(chǔ)建設(shè)投資力度加大，我國機器視覺市場規(guī)模由 2018 年的 102 億元 增長至 2020 年的 144 億元，2021 年市場規(guī)模達(dá)到 181 億元，預(yù)計 2022 年將達(dá)到 229 億元。根據(jù)中游成本結(jié)構(gòu)測算，2021 年國內(nèi)機器視覺領(lǐng)域光學(xué)鏡頭市場規(guī)模為 12.7 億元，預(yù)計 2022 年將達(dá)到 16.1 億元，4 年 CAGR 為 23.8%，市場規(guī)模增長較 快。
圖像傳感器
CMOS 圖像傳感器逐步占據(jù)市場主導(dǎo)地位。在攝像頭模組中，圖像傳感器決定 著攝像頭的成像品質(zhì)以及其他組件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）圖像傳感器和 CCD（Charge-Coupled Device）圖像傳感器 是當(dāng)前主流的兩種圖像傳感器。其中 CCD 電荷耦合器件集成在單晶硅材料上，像素 信號逐行逐列依次移動并在邊緣出口位置依次放大，而 CMOS 圖像傳感器則被集成 在金屬氧化物半導(dǎo)體材料上，每個像素點均帶有信號放大器，像素信號可以直接掃描 導(dǎo)出，即電信號從 CMOS 晶體管開關(guān)陣列中直接讀取，不需要逐行讀取。
從 20 世紀(jì) 90 年代開始，CMOS 逐步取代 CCD 占據(jù)市場主導(dǎo)地位，CMOS 圖像傳感器的優(yōu) 勢包括：1）成本層面上，CMOS 圖像傳感器芯片一般采用適合大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)流 程工藝，在批量生產(chǎn)時單位成本遠(yuǎn)低于 CCD；2）尺寸層面上，CMOS 傳感器能夠 將圖像采集單元和信號處理單元集成到同一塊基板上，體積得到大幅縮減，適用于移 動設(shè)備和各類小型化設(shè)備；3）功耗層面上，CMOS 傳感器相比于 CCD 保持著低功 耗和低發(fā)熱的優(yōu)勢。
CMOS 圖像傳感器根據(jù)感光元件安裝位置可分為：前照式結(jié)構(gòu)（FSI）、背照式 結(jié)構(gòu)（BSI）。1）前照式結(jié)構(gòu)為 CMOS 圖像傳感器傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即自上而下的五層結(jié) 構(gòu)，分別是透鏡層、濾色片層、線路層、感光元件層和基板層。光從正面入射時，采 用 FSI 結(jié)構(gòu)的 CMOS 圖像傳感器需要光線經(jīng)過線路層的開口后到達(dá)感光元件層進(jìn)行 光電轉(zhuǎn)換。前照式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是工藝條件較易實現(xiàn)、制造成本較低，存在較大的 局限性：隨著像素尺寸變小，可接收的入射光量下降，金屬布線反射和吸收的損耗在 線路層變得愈發(fā)嚴(yán)重，極大限制傳感器的整體性能；
2）背照式結(jié)構(gòu) CMOS 圖像傳感 器將感光元件位置更換至線路層上方，感光層僅保留部分邏輯電路。采用背照式結(jié)構(gòu) 光線可從背面入射直接到達(dá)感光元件層，電路布線阻擋和反射等因素帶來的光線損耗 大幅減少。與前照式相比，背照式感光效果顯著提升，但設(shè)計和工藝難度均較大且成 本較高。
CMOS 圖像傳感器根據(jù)快門曝光方式不同分為：卷簾快門（RS，Rolling Shutter） 和全局快門（GS，Global Shutter）。1）卷簾快門通過控制光敏元逐行或逐列進(jìn)行 曝光來掃描完成所有像素單元的曝光。在感光度和低噪聲成像上較全局快門有一些 優(yōu)勢，但需要足夠的曝光時間，適合遠(yuǎn)距離拍攝靜止或移動速度較慢的對象；2）全 局快門圖像傳感器可使全部光敏元像素點在同一時間接收光照，是高速攝影等應(yīng)用 場景下的最佳快門方式，在需要實時進(jìn)行精準(zhǔn)的影像捕捉以及識別的場景（例如快 速行駛的汽車車牌、無人機飛行時的避障系統(tǒng)等），全局快門傳感器已經(jīng)成為首選。
全球 CIS 市場保持快速增長。得益于多攝手機的廣泛普及和安防監(jiān)控、智能車 載攝像頭和機器視覺的快速發(fā)展，CIS 的整體出貨量及銷售額隨之不斷擴大。根據(jù) Frost&Sullivan 數(shù)據(jù)，全球 CIS 出貨量從 2016 年的 41.4 億顆增長至 2020 年的 77.2 億顆，4 年 CAGR 為 16.9%，預(yù)計 2025 年將達(dá)到 116.4 億顆，2021-2025 年 CAGR 為 8.5%；全球 CIS 銷售額從 2016 年的 94.1 億美元增長至 2020 年的 179.1 億美元， 4年CAGR為17.5%，預(yù)計2025年將達(dá)到330億美元，2021-2025年CAGR為11.9%。
AIoT 和 5G 為機器視覺注入活力。機器視覺指的是通過計算機、圖像傳感器及 其他相關(guān)設(shè)備模擬人類視覺功能的技術(shù)，以賦予機器“看”和“認(rèn)知”的能力。從使用場 景來看，隨著 AI 和 5G 技術(shù)的商用落地，機器視覺不再局限于傳統(tǒng)的工業(yè)中的應(yīng)用 （主要包括產(chǎn)線檢測、不良品篩檢、條碼識別、自動化流水線運動等），新興下游應(yīng) 用市場不斷涌現(xiàn)，包括無人機、掃地機器人、AR/VR 等，為機器視覺行業(yè)發(fā)展注入 新活力，同時對圖像傳感器的技術(shù)水平也提出了更高的要求。
在機器視覺新興應(yīng)用領(lǐng) 域中，全局快門的應(yīng)用廣度與深度都在迅速提升。全局快門 CMOS 圖像傳感器每個 像素處都增加了采樣保持單元，使得所有像素可以同時捕獲圖像，從而避免了在高速 拍攝場景下因每行像素曝光時間差異而形成的“果凍效應(yīng)”，而卷簾快門 CMOS 圖像 傳感器難以避免“果凍效應(yīng)”，因此全局快門技術(shù)是眾多新興機器視覺應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的必 要核心技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。根據(jù) Frost&Sullivan 數(shù)據(jù)，全球新興領(lǐng)域全局快門 CIS 出貨量從 2018 年的 1100 萬顆增長至 2020 年的 6000 萬顆，預(yù)計 2025 年將達(dá)到 3.92 億顆，5 年 CAGR 為 27.6%。
全球 CIS 市場：國外廠商主導(dǎo)，CR5 超過 80%。全球 CIS 市場呈現(xiàn)頭部龍頭壟 斷局面，根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，以出貨量口徑計算，2020 年 CR5 供應(yīng)商合計 占據(jù) 96%的市場份額，其中格科微以 20.4 億顆位居全球第一；以銷售額計算，2020 年索尼占有 39.1%的市場份額，CR5 為 83.3%。根據(jù) Counterpoint 預(yù)測，2022 年 全球 CIS 市場將達(dá)到 219 億美元，索尼將占有 39.1%的市場份額，其次是三星 （24.9%）、豪威科技（12.9%）、格科微（4.7%）、安森美（4.5%）、海力士（3.5%）、 意法半導(dǎo)體（2.5%）和思特威（2.3%），CR5 為 86.1%。
6.2毫米波雷達(dá)：配合攝像頭提升感知精度
毫米波雷達(dá)：具備精確位置檢測性能，分辨率高。特斯拉憑借出色的圖像處理 算法在汽車上證明了純視覺方案的可行性，但是攝像頭本身也有其不足的地方，包括 受天氣影響大，距離誤差大等。人形機器人在室內(nèi)相對封閉的場合工作時，需要對四 周的墻體有精確的定位，這時如果使用毫米波雷達(dá)再配合攝像頭即可達(dá)到更高的定位 精確度。毫米波雷達(dá)按照可測距離分為短距雷達(dá)（Short Range Radar，SRR）、中 距雷達(dá)（Medium Range Radar，MRR）和長距雷達(dá)（Long Range Radar，LRR）， 其優(yōu)點是可以實現(xiàn)精確位置檢測，分辨率高，缺點是信號容易被遮擋，感知信號少。
國內(nèi)以主流 Tier1 廠商為主，關(guān)注國內(nèi)汽車電子核心供應(yīng)商。隨著自動駕駛的快 速發(fā)展，帶動毫米波雷達(dá)需求上升。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，預(yù)計 2026 年中國毫米波 雷達(dá)市場將達(dá)到約 300 億元。目前中國毫米波雷達(dá)市場還以國外主流的 Tier1 廠商為 主，例如博世、大陸等，它們擁有大量的技術(shù)與產(chǎn)品迭代經(jīng)驗，已經(jīng)形成了龐大且穩(wěn) 定的客戶群體；國內(nèi)的汽車電子供應(yīng)商起步較晚，少數(shù)企業(yè)如德賽西威、華域汽車已 經(jīng)實現(xiàn)了 24GHz 毫米波雷達(dá)的量產(chǎn)，其中德賽西威在投資者互動平臺表示公司 77GHz 毫米波雷達(dá)已經(jīng)在多個國內(nèi)主流車型上實現(xiàn)量產(chǎn)。
6.3常規(guī)傳感器：實現(xiàn)機器人狀態(tài)監(jiān)測
多種內(nèi)部傳感器配合實現(xiàn)機器人自身狀態(tài)的監(jiān)測。與普通機器人類似，由于仍 然有許多機械結(jié)構(gòu)件，人形機器人需要通過位置傳感器、力矩傳感器、壓力傳感器和 溫度傳感器等實現(xiàn)對于自身位置、速度和加速度，結(jié)構(gòu)件的角度、角速度和角加速度 等的測量，從而實現(xiàn)對于自身狀態(tài)的監(jiān)測。除此之外，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)還會反饋到控制 系統(tǒng)，幫助人形機器人更好的完成下一步動作。
7.面板玻璃提升人機交互體驗
7.1面板玻璃基本情況介紹
人形機器人的應(yīng)用場景較為豐富，除工業(yè)用途外，或可應(yīng)用于線下門店、福利院、 社區(qū)服務(wù)以及家庭服務(wù)等場景，因此人形機器人不可避免地需要具備人機交互功能。 人形機器人的頭部正面由一塊面板玻璃所覆蓋，用戶可通過面板玻璃上顯示的信息直 觀地人機交互。目前與機器人面板玻璃類似的產(chǎn)品已有較多應(yīng)用，如智能汽車的中控屏、筆記本 電腦屏幕、智能穿戴設(shè)備的顯示屏等等，未來在人形機器人面部的面板玻璃產(chǎn)品可以 有效地提升人機交互體驗。
8.材料：碳纖維、磁材和聚氨酯
8.1基本情況介紹
特斯拉人形機器人展示PPT 中介紹 Optimus 將采用輕質(zhì)材料制成。結(jié)合觀察 當(dāng)前主流輕量化工業(yè)機器人使用材料，多數(shù)以碳纖維或鋁鎂合金等復(fù)合材料制作 機械臂。碳纖維具有質(zhì)量輕、強度高、剛度高、耐疲勞、耐腐蝕等多方面優(yōu)勢，考慮到人形機器人進(jìn)行搬運工作時，關(guān)節(jié)處需承受高負(fù)荷工作，需抗磨損，因此 碳纖維材料導(dǎo)入概率較大。
電機輕量化也符合人形機器人發(fā)展方向，當(dāng)前已應(yīng)用于特斯拉等新能源車、 風(fēng)電等產(chǎn)業(yè)的稀土永磁材料，或?qū)⑶腥霗C器人供應(yīng)鏈，其制成的電機在輕量化、 體積、能耗等方面均具備優(yōu)勢，綜合來看符合機器人輕量化需求。此外，高性能 釹鐵硼材料已廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人領(lǐng)域，2020 年工業(yè)機器人消費占高性能釹 鐵硼比重達(dá) 12.8%，特斯拉機器人或選擇稀土永磁及制品作為電機材料。
聚氨酯全稱為聚氨基甲酸酯，是一種新興的有機高分子材料，可以與塑料、 橡膠、泡沫、纖維等合成。其中軟性聚氨酯泡沫塑料廣泛用于汽車內(nèi)飾，可提高 汽車的安全系數(shù)，硬質(zhì)聚氨酯可通過添加阻燃劑增強汽車安全性。在人形機器人 材料的選用當(dāng)中，聚氨酯可充當(dāng)內(nèi)部緩沖的填充材料，以此提升機器人負(fù)載能力 和抗沖擊能力。
8.2重點企業(yè)分析
中科三環(huán)：稀土磁材行業(yè)龍頭，機器人產(chǎn)業(yè)或?qū)⒋呋隽啃枨?。公司主?從事釹鐵硼稀土永磁材料和新興磁性材料的研發(fā)和生產(chǎn)，是稀土永磁行業(yè)第一家 上市公司，同時是全球最大的釹鐵硼永磁制造商之一。公司專利內(nèi)容覆蓋大量永 磁材料制造技術(shù)，對高檔銣鐵硼磁體質(zhì)量的改善形成技術(shù)壁壘。目前公司產(chǎn)品主 要銷售對象以汽車領(lǐng)域為主，2016 年與特斯拉簽訂合作協(xié)議提供永磁材料。特 斯拉人形機器人有望抬升稀土永磁電機的需求空間。公司 2021 年實現(xiàn)營收 71.46 億元，同比增長 53.60%，實現(xiàn)歸母凈利潤 3.99 億元，同比增長 208.44%。
金力永磁：全球稀土永磁龍頭，兼具機器人產(chǎn)品經(jīng)驗與特斯拉合作關(guān)系。 公司深耕稀土永磁材料十余年，是新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電和節(jié)能空調(diào)領(lǐng)域的供應(yīng) 商，其中新能源汽車領(lǐng)域市占率全球第二，2020 年 9 月公司與特斯拉開啟合作， 為其供應(yīng)稀土永磁產(chǎn)品。此外，金力永磁產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機器人及智能制造，且 具有領(lǐng)先優(yōu)勢，助力公司更有可能切入未來機器人供應(yīng)鏈。公司 2021 年實現(xiàn)營 收 40.80 億元，同比增長 68.78%，實現(xiàn)歸母凈利潤 4.23 億元，同比增長 86.37%。
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