机械行业“人形机器人的Optimus时刻”系列（三）：三问三答为什么当下更应关注人形机器人感知层

证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号三问三答：为什么当下更应关注人形机器人人形机器人为什么会存在反直觉的现象？目前人形机器人玩家中，处于领先地位的多为科技企业；而传统的工业机器人厂商鲜有声响。工业机器人更偏向于“机器”，是高端制造行业；而人形机器人拥有了基础的“人”的能力，是科技行业。从本质上看，尽管目前人形机器人模仿了人的外形，但依然属于机器人的范畴；除了感知层的传感器外，主要硬件部分中仍然继承了工业机器人的核心架构。只有在人形机器人整合感知系统、驱动系统、末端执行系统、能源供应系统、计算系统及软件这五大系统后，叠加人工智能方面的突破，才能表现出的“人”的特质；传感器作为软件控制和硬件零部件的桥梁，是实现特质最为关键的基础。目前人形机器人壁垒从高到低分别为1）人工智能的水平2）软硬件之间的协同工作能力3）量产后成本的比拼。汽车智能化的过程带给人形机器人怎样的启示？我们认为汽车和人形机器人智能化的过程有高度相似性。参考自动驾驶分级标准，我们对机器人智能化进行L1~L5的分类，当前机器人正处在L3深化发展，并向L4迈进的阶段。同单BOT价值量会随之降低；而在机器人由L0到L5的过程中，产生的需求不仅仅是对传感器用量的增加，更多是对传感器适配性和性能的追求，类比于智能汽车感知层价值量随ADAS升级而提升，人形机器人感知层（传感器）有望打开“量价齐升”式的广阔成长空间。机器人感知层应该关注哪些传感器？机器人中的传感器主要分为两类：本体感知和外部感知。机器人的发展伴随着传感器种类的增加和性能的提升，通过传感器收集的信息，机器人可以完成各种任务，包括测量力量、检测物体、导航和定位、碰撞检测以及视觉交互等；对应人类的感知能力，传感器可以实现人形机器人的感知层架构；当前人形机器人主要关注五大传感器：力/力矩、IMU、视觉、触觉和编码器，分别对应动态规划（力觉反馈）、姿态调整、视觉交互、手部感知（皮肤）和关节控制。国内哪些企业布局机器人感知层的传感器？1）力学感知：推荐国内力学传感龙头，已小批量试制多维力矩传感器的柯力传感；2）状态感知：建议关注已形成自主知识产权IMU产品体系并批量生产及应用的芯动联科和IMU产品进度保持行业领先、实现应用层率先落地的华依科技；3）视觉感知：建议关注国内率先开展3D视觉感知技术系统性研发的奥比中光，国内较早进入机器视觉领域的奥普特和明确机器视觉业务为主要发展方向并拥有丰富的客户资源的凌云光；4）位置感知：建议关注子公司禹衡光学为国内编码器领域领军企业、打破海外垄断的奥普光电，国内优质工控企业、自制自用编码器的汇川技术和禾川科技。行业投资评级与投资建议：传感器是软件控制硬件的桥梁，在人形机器人智能化快速升级的背景下，感知层的传感器有望迎来新一波的发展机遇。国内厂商经过长期技术积累，在力感知、状态感知、视觉感知和位置感知多领域均有布局，有望借助自身优势快速切入制造环节，感知层迎来国产替代的最佳时机。给予传感器行业“推荐”评级。建议重点关注：柯力传感、芯动联科，华依科技、奥比中光，奥普特，凌云光、奥普光电，禾川风险提示：人形机器人进展不及预期；国内厂商产品开发进度、核心客户导入不及预期；原材料价格上涨增加成本风险；市场竞争加剧等。重点公司盈利预测、估值及投资评级资料来源：Wind，华创证券预测注：股价为2023年10月16日收盘价证券分析师：范益民证券分析师：丁祎行业基本数据相对指数表现绝对表现-2.0%-8.8相对表现0.2%2.6%0.7%9%3%-3%-9%22/1022/1223/0323/0523/0823/10机械沪深300相关研究报告《机械行业周报（20231009-20231015内外需《机械行业周报（20230925-20231001制造业PMI重回景气区间，持续推荐顺周期》《机械行业周报（20230918-20230922地产开工月度环比改善，关注国内工程机械行业复投资主题报告亮点本文以“问答”的方式，通过三个大问题、九个小问题，从人形机器人为什么会存在反直觉的现象、汽车智能化的过程带给人形机器人怎样的启示、机器人感知层应该关注哪些传感器等角度出发，得出了1）传感器作为软件控制和硬件零部件的桥梁，是实现人形机器人智能化最为关键的基础；2）目前人形机器人壁垒从高到低分别为人工智能的水平、软硬件之间的协同工作能力和量产后成本的比拼；3）汽车和人形机器人智能化的过程有高度相似性，在人形机器人降本化的过程中，传统零部件的单BOT价值量会随之降低；而人形机器人感知层（传感器）有望打开“量价齐升”式的广阔成长空间；4）当前人形机器人主要关注五大传感器：力/力矩、IMU、视觉、触觉和编码器，并挖掘对应标的和相应优势。投资逻辑传感器是软件控制硬件的桥梁，在人形机器人智能化快速升级的背景下，感知层的传感器有望迎来新一波的发展机遇。国内厂商经过长期技术积累，在力感知、状态感知、视觉感知和位置感知多领域均有布局，有望借助自身优势快速切入制造环节，感知层迎来国产替代的最佳国内力学传感龙头，已小批量试制多维力矩传感器的柯力传感；2）状态感知：建议关注已形成自主知识产权IMU产品体系并批量生产及应用的芯动联科和IMU产品进度保持行业领先、实现应用层率先落地的华依科技；3）视觉感知：建议关注国内率先开展3D视觉感知技术系统性研发的奥比中光，国内较早进入机器视觉领域的奥普特和明确机器视觉业务为主要发展方向并成为苹果优选供应商的凌云光；4）位置感知：建议关注子公司禹衡光学为国内编码器领域龙头企业、率先打破海外垄断的奥普光电，国内优质工控企业、自制自用编码器的汇川技术和禾川科技。 6 6 8 9 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号 6 7 7 7 8 9 9 （一）为什么人形机器人的玩家多为科技企业而不是工业机器人厂商？看，尽管目前人形机器人模仿了人的外形，但依然属于机器人的范畴；除了感知层的传独立处置突发（非程序内）问题的能力，仅仅具备高度的精确性和可编程性，通常部署于受控的工业生产环境中，以提高生产效率和质量，只能被认为是非智能的机器人。相比之下，人形机器人不仅具备机械任务的执行能力，还赋予了最基本的“人”的能力。内工业机器人市场的快速发展，三大核心零部件（电机、减速器和控制器）均打开了广阔的成长空间。工业机器人强调自动化和生产流程的优化，零部件是动和移动能力。感知系统把人形机器人的各种“内部状态信息”和“环境信息”从“信著进展，但要使它们在各种任务中表现出真正的自主性和智能，需要具备高度复杂的人工智能能力。这包括自然语言处理、计划和决策制定、视觉识别、情感识别以及对不理解和与人类互动的关键。要克服这一壁垒，需要不断改进机器学习算法、开发更强大的计算平台，以及进行更多的跨学科研究，使机器人能够更好地理解人类的需求、情感和感知和执行能力，但要使这些能力真正发挥出来，需要先进的软件系统来实现复杂的控功执行的决定性因素，即使每个零部件在其类别中都是最优秀的，但如果它们的组合和搭配不恰当，最终结果可能无法实现最佳的效果。只有通过更强大的软件系统和更智能的硬件设计，人形机器人才能在多样化的应用中充分发挥其潜力，提供更多有益于人类的解决方案。万美金左右，下游产业应用场景将会非常广泛，并且具备极高的商业潜力。因此，实际上，人形机器人的成功与否在很大程度上取决于其在量产中的成本效益，也是决定其商资料来源：特斯拉AIDay发布会，华创证券智能机器人感知层的竞争格局或优于传动层。国内智能机器人上集成环节的工业机器人、服务机器人，占比超四成；其次在“控制器+伺服+减速器”传传感器传感器,3%减速器,4%伺服系统,5%工业机器人,45%服务机器人,24%控制器,11%本体,3%其他,5%本体本体,5%减速器,6%通信模块,7%人工智能算法,7%服务机器人,14%控制器,11%工业机器人,28%传感器,11%伺服系统,8%其他,3%柯力传感、奥普光电和奥普特，减速器厂商绿的谐波和双环传动，控制器和伺服厂商鸣100%80%60%40%20%0%20192020202120222023H1芯动联科柯力传感奥普特奥普光电绿的谐波双环传动鸣志电器步科股份江苏雷利60%50%40%30%20%10%0%20192020202120222023H1芯动联科柯力传感奥普特奥普光电绿的谐波双环传动鸣志电器步科股份江苏雷利（一）人形机器人的智能化程度是否也可以分成L0~L5？过搭载先进传感器等装置，运用人工智能等新技术，具有自动驾驶功能，逐步成为智能共六个等级。L0代表传统的人类驾驶，即没有自动化驾离开踏板，车辆感知能力被极大地强化，使其能够更深入、更全面地理解并应对多变的交通信号、行人以及其他车辆的动态行为，从而做出更复杂和高级的驾驶决策，而无需程序规定的动作，一旦环境情况略有变化，机器人的工作就会出现问题。综合信息，甚至能据此自己制定行动目标，其智能主要体现在感知交互、独立决策、自语音地图等。这个跃升的关键在于进一步加强机器人的自主感知能力，以适应不同的环作用是将汽车外的视觉、物理等真实信息转变成数字信号，进而为决策层、执行层提供汽车传感器处于感知层，产品附加值高，是实现单车智能驾驶的核心硬件；其中环境感知传感器实现了单车对外界环境的感知能力，帮助汽车计算机获得环境信息并做出规划决策，为车辆智能化驾驶提供支持，常见的环境感知传感器主要分为车载摄像头、超声汽车智能化的过程，带动感知层传感器市场规模的迅速扩大。汽车智能化的不断演进正迅速推动着感知层传感器市场规模的扩大。车辆变得越来越智能和自动化，对于周围环境的高度感知和反应变得至关重要；这就促使了对各种传感器技术的需求，包括激光雷随着智能驾驶技术的普及，感知层传感器市场呈现出蓬勃的增长态势，为更安全、高效汽车智能化程度的提升（L0→L5催生感知层单车价值量的增长。智能化的汽车需要更多的传感器来感知周围环境、监测车辆状态和实现自动化功能，为传感器行业带来了零部件会更加高效、轻量化和成本效益更好。新一代电机具有更高的能效，减速器的设其他,12%本体,28%控制器其他,12%本体,28%控制器,10%减速器,30%伺服系统,20%其他其他,6%机器人本体,22%控制器,12%伺服系统,24%减速器,36%作为环境感知的重要一环，智能化的汽车和人形机器人都需要通过摄像头提供实时的环木重新抓取放置，通过使用视觉和关节电机的位置传感器精确定位手和腿的状态并进行机器人智能化水平的升级，对于摄像头的要求将愈发严格，以确保能够更准确、更可靠地感知环境，更有效地执行任务。我们认为类比于智能汽车，人形机器人感知层（传感器）有望打开“量价齐升”式的广阔成长空间。（一）传统机器人的发展需要哪些传感器？各种任务，包括测量力量、检测物体、导航和定位、碰撞检测以及视觉交互等；工业机器人通常需要力矩传感器、视觉传感器和激光测距仪等，以便进行精确的装配和操作。自主移动机器人则需要激光雷达、超声波传感器和摄像头来感知周围环境，实现导航和避障。医疗机器人可能需要高精度摄像头和显微镜，以进行精细的手术操作。农业机器人可能需要多光谱相机和土壤传感器，以进行作物监测和管理。因此，传感器的类型和控制和自身定位至关重要。而外部感知传感器则用于收集机器人周围环境的信息，包括移动或静止物体的距离和速度、光强度、温度、化学成分等等。外部感知传感器的种类多样，包括触觉传感器、力和力矩传感器、接近传感器、距离传感器、视觉传感器等，它们用于机器人的导航、障碍物识别、环境监测等任务，使机器人能够与外部世界进行有效的交互和适应不同的工作环境。这两类传感器的协同作用使得机器人能够执行各种复杂任务并实现自主性能。供详尽的三维环境感知，使机器人能够更精确地感知、理解和与其周围世界互动。通过取、人际交互和增强现实应用，提供更丰富的感知和互动经验。随着这一技术的不断成对应人类的感知能力，传感器可以实现人形机器人的感知层架构。感知层是人形机器人和声源定位；触觉传感器模拟了"触觉"，使机器人能够感知和响应外部物体的力量和触通过这个感知层架构，人形机器人能够获得丰富的感知信息，从而更好地理解和互动于人类机器人传感器语音命令识别、图像识别的任务，需具有健壮的运动控制系统、精确的感知能力、强大的处理器性能和低功耗的特点，因此传感器技术变得更加先进和多样化，为人形机器人提供了更丰富的感知和互动能力。从最初的基础传感器，如触摸传感器和接近传感器，到更复杂的视觉传感器、声音传感器、力和力矩传感器等，机器人可以感知和理解周围括导航、物体识别、语音识别、手势控制、环境监测等，可以在各个领域中发挥作用。因此，传感器技术的不断演进和应用的不断扩展，推动着人形机器人的发展，使它们更机器人名称传感器模块ASIMO等证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可等矩传感器主要用在对柔顺控制要求高的手腕和脚踝；其中足部六维力/机器人中最重要的传感器之一，安装在机器人脚部与腿部之间，能同时检测人形机器人证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可制更加精确、环境检测与记忆等复杂任务，在力控方面表现得机器人的运动控制过程中，机器人的姿态角度信息是实现精确实时控制人形机器人的关键，单一姿态传感器不适合于长时间人形机器人姿态的确定，准确、可靠的姿态角度信传感器被测量优点缺点超声波收发器证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可高精度控制和机器人的关节反馈控制，可以作为上体姿态传感器，由检测质量（也称敏收并处理真实物体的图像，分析后获取所需信息或用于控制机器运动的装置。机器视觉模拟眼睛进行图像采集，经过图像识别和处理提取信息，最终通过执行装置完成操作。其核心部件包括工业相机、镜头、光源及图像处理软件。其中工业相机负责捕捉和分析对象，镜头是清晰成像的核心，光源设计光路实现目标成像，图像处理软件通过算法完成对被测物的识别、定位、测量、检测等功能。证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可应用于人形机器人的指尖。其质地柔软，发生弯曲变形时可以产生电压信号，适合作为触觉传感器。人形机器人可使用液态硅树橡胶制作类似于人的指尖的机器人指尖，将PVDF压电薄膜传感器凝固在指尖的里面与外表面，指尖接触不同的材料时，凝固在指尖的电阻应变传感器可以产生相应的信号输出。资料来源：毛海彪《基于PVDF压电薄膜胎内传感器的有限元纵滑仿真及压电解算》证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可品牌。公司在夯实硬件层多物理量传感器、称重仪表等核心产品的基础上，围绕物联网司横纵向拓宽传感器产品矩阵，横向参股意普兴、驰诚电气，推进气体传感器、光栅传证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可术闭环，建立了完整的业务流程和供应链体系。公司长期致力于自主研发高性能ME到国际先进水平，复杂环境下适应性强。目前，公司产品已实现批量化应用并在应用的华依科技是一家专注于汽车动力总成智能测试技术开发的高新技术企业，公司紧跟智能驾驶的发展趋势，加大对高精度惯导研发力度，具备了满足不同客户需求，提供多种解速，研发投入持续加大，依托强大的软件开发团队、跨学科专家的鼎力加盟和智能软件与多家主机厂已完成车型匹配工作，并初步建立了完整的生产体系，同时与国内多家厂商建立了深度合作关系。已获得部分客户的产品定点，其中奇瑞汽车定点、智己汽车定证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可致力于让所有终端都能更好地看懂世界。公司是国内率先开展3D视觉感知技术系统性器产业化应用的少数企业之一，是市场上为数不多能够提供核心自主知识产权3D视觉感知产品的企业，也是全球少数几家全面布局六大3D视觉感知技术的公司。公司致力AIoT、消费电子、工业三维测量等市场上实现了多项具有代表性的商业应用。奥普特是国内较早进入机器视觉领域的企业之一。公司以光源及光源产品系列逐步覆盖镜头、相机和视觉控制器等全套机器视觉主要核心部件。公司产品主镜头、相机、视觉控制系统等机器视觉核心软硬件，并通过向下游客户提供专业的机器证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可多个行业，目前战略聚焦机器视觉业务。公司是可配置视觉系统、智能视觉装备与核心视觉器件的专业供应商，是我国较早进入机器视觉领域的企业之一。公司积累了丰富的客户资源，在消费电子领域，公司长期服务于苹果公司、华为、小米的产业链，与鸿海新型显示领域，公司产品广泛应用于京东方、华星光电、天马、维信诺、无锡夏普、群创光电等行业领先客户的面板产线；在印刷包装领域，公司是国内标签、软包装、纸盒产品广泛服务于福莱特集团、宁德时代、信义集团等行业龙头；在智慧交通领域，公司产品广泛应用于地铁、动车、机车，以及接触网等场景的在线运维监测业务；公司开发的立体视觉系列产品和“数字人”产品在文化娱乐领域中开始得到广泛应用。奥普光电是由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所牵头出资设立的高新技术企业。经过多年经营和发展，公司已在光电测控领域形成强大的综合优势，并在技术、生产上处于国内同行业领先地位，同时也具有国内一流的光学精密机械与光学材料研发和生产光栅编码器产品已顺利导入华中数控、广数、科德数控等机床企业并与沈阳新松机器人证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可其他,28.2%多摩川,27.6%其他,28.2%宜科,宜科,3.5%内密控,4.0%14.3%汇通,4.2%禹衡汇通,4.2%7.7%堡盟,4.8%西克,堡盟,4.8%353025205020162017201820192020202120222023E2024E2025E中国编码器市场规模（亿元）YoY18%16%14%12%10%8%6%4%2%0%造行业；而人形机器人拥有了基础的“人