最新資訊：機器人實現(xiàn)精準操作的核心部件之伺服電機產(chǎn)業(yè)鏈梳理

3.電機：機器人實現(xiàn)精準操作的核心部件

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。 從應用占比來看，早期機器人的伺服電機應用占比較低，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用領(lǐng)域為需要快速響應的隨動系統(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)手指的快速響應以滿足工作需求。

空心杯電機可歸類為微特電機，當前微特電機高端市場中由日本電產(chǎn)主導，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?？刂破骺煞譃樯衔恢?控計算機和下位多軸關(guān)節(jié)伺服控制器，主控計算機負責下達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，2020 年國內(nèi)匯川技術(shù)、臺灣臺達、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，目前 已成為機電液綜合產(chǎn)品及解決方案供應商，公司的工控產(chǎn)品廣泛應用于各制造業(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、隆基股份、捷佳偉創(chuàng)、先導智能、藍思科技、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 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% 的供應鏈本土化。參考特斯拉汽車國內(nèi)供應鏈占比，人形機器人量產(chǎn)階段或?qū)⒁?國內(nèi)供應商，國產(chǎn)結(jié)構(gòu)件供應商有望迎來新增量。我們認為人形機器人量產(chǎn)階段或依 托現(xiàn)有汽車供應鏈體系，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商。公司是特斯拉供應鏈中極為重要的一環(huán)，自2016 年正式成為特斯拉供應商，主要負責提供底盤系統(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，由個別零部件供應商逐漸發(fā)展為全面供應傳動系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)件 供應商。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 軟和蘋果供應鏈，汽車領(lǐng)域已進入特斯拉供應鏈并為 Powerwall 儲能系統(tǒng)和 Model3 進行零部件供應。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.半導體芯片及器件

人形機器人需要多種半導體產(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 為人形機器人在半導體產(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行采集，我們認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)一系列的復雜功能。

5.2MCU：國內(nèi)廠商積極布局有望導入

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，預計 2022 年將增長 10%至 215 億美元，2026 年將達到 272 億美元，2022-2026 年 CAGR 為 6.77%。2020 年全球 MCU 市場下游應用中，汽車與工業(yè)占比位列前二，分 別為 35%和 24%；國內(nèi) MCU 市場下游應用中，消費電子占比最大達到 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 主要應用于消費電子領(lǐng)域，600V~1200V 的中壓 IGBT主要應用于新能源車、光伏、工業(yè)等領(lǐng)域，1700V 以上的超高壓 IGBT 主要應用于軌 交、風電、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 年預計達到 66.19 億美元，2020-2024 年 CAGR 約為 5.16%；中國 IGBT 市場規(guī)模 2024 年預計達到 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 功率器件主要應用領(lǐng)域包含新能源汽車、電力供應、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)展也將進一步刺激市場增長。根據(jù) Yole 數(shù)據(jù)， SiC 功率半導體市場產(chǎn)值到 2025 年將達到 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。我們認為產(chǎn)品種類齊全、性 能出色和下游進入汽車或光伏領(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 模塊龍頭斯達半導和軌交領(lǐng)域 IGBT 龍頭 時代電氣；第三代半導體領(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。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。我們認為人形機器人應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 該使用少量毫米波雷達配合攝像頭實現(xiàn)在室內(nèi)的精準定位，提升機器人任務(wù)執(zhí)行的準 確率。除了會使用進行環(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)注光學鏡頭以及圖像傳感器賽道相關(guān)機會。

光學鏡頭

人形機器人使用性能更優(yōu)的玻璃鏡頭。光學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)境信息進行采集，因此我們認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)良率與光學性能。

機器視覺成為光學鏡頭重要增長領(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)模達到 181 億元，預計 2022 年將達到 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)域光學鏡頭市場規(guī)模為 12.7 億元，預計 2022 年將達到 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 90 年代開始，CMOS 逐步取代 CCD 占據(jù)市場主導地位，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)的標準流 程工藝，在批量生產(chǎn)時單位成本遠低于 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感光元件層進行 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，是高速攝影等應用 場景下的最佳快門方式，在需要實時進行精準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%，預計 2025 年將達到 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%，預計2025年將達到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 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。

在機器視覺新興應用領(lǐng) 域中，全局快門的應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”，而卷簾快門 CMOS 圖像 傳感器難以避免“果凍效應”，因此全局快門技術(shù)是眾多新興機器視覺應用領(lǐng)域內(nèi)的必 要核心技術(shù)，應用前景廣闊。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，預計 2025 年將達到 3.92 億顆，5 年 CAGR 為 27.6%。

全球 CIS 市場：國外廠商主導，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 預測，2022 年 全球 CIS 市場將達到 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%）、 意法半導體（2.5%）和思特威（2.3%），CR5 為 86.1%。

6.2毫米波雷達：配合攝像頭提升感知精度

毫米波雷達：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再配合攝像頭即可達到更高的定位 精確度。毫米波雷達按照可測距離分為短距雷達（Short Range Radar，SRR）、中 距雷達（Medium Range Radar，MRR）和長距雷達（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)汽車電子核心供應商。隨著自動駕駛的快 速發(fā)展，帶動毫米波雷達需求上升。根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù)，預計 2026 年中國毫米波 雷達市場將達到約 300 億元。目前中國毫米波雷達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

人形機器人的應用場景較為豐富，除工業(yè)用途外，或可應用于線下門店、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行搬運工作時，關(guān)節(jié)處需承受高負荷工作，需抗磨損，因此 碳纖維材料導入概率較大。

電機輕量化也符合人形機器人發(fā)展方向，當前已應用于特斯拉等新能源車、 風電等產(chǎn)業(yè)的稀土永磁材料，或?qū)⑶腥霗C器人供應鏈，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 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 材料的選用當中，聚氨酯可充當內(nèi)部緩沖的填充材料，以此提升機器人負載能力 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隽啃枨蟆９局饕?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、風力發(fā)電和節(jié)能空調(diào)領(lǐng)域的供應 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， 為其供應稀土永磁產(chǎn)品。此外，金力永磁產(chǎn)品廣泛應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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