新材料产业深度报告：AI和机器人兴起，新材料迎来大发展
（报告出品：国海证券）
1. AI机器人：人工智能的终极形态
人工智能：驱动新一轮科技革命和产业变革
人工智能（Artificial Intelligence，AI）是利用机器学习和数据分析方法赋予机器模拟、延伸和拓展类人的智能的能 力，实现听、说、读、写、学习、行动等功能，本质上是对人类思维过程的模拟，是多学科交叉融合的前沿技术。
发展历程：处于爆发增长的新浪潮
1956年达特茅斯会议上首次提出“人工智能”概念至今，人工智能已发展60余年，经历三次全球发展浪潮，目前正 处于第三次发展浪潮之中。
基础层是AI产业发展的底层基石
人工智能产业链可分为上游基础层、中游技术层和下游应用层。基础层是人工智能产业的基础，主要提供算力、算法和数据；技术层是人工智能产业的核心，将基础能力转化成人工智能技术；应用层是人工智能产业的延伸，将AI技术落地到细分行业 与场景。
传统机器人：可分为工业、服务与特种机器人
国际机器人联盟（IFR）根据应用环境，将机器人分为工业机器人与服务机器人两大类。其中工业机器人是指应用于 生产过程与环境的机器人；服务机器人是指除工业机器人以外，用于非制造业并服务于人类的各种机器人，可分为个 人/家用服务机器人和专业服务机器人。根据我国机器人市场现状，中国电子学会则进一步将机器人分为工业机器人、 服务机器人、特种机器人三类。
机器人市场规模逐步扩大
据中国电子学会数据，2022年全球机器人市场规模预计达到513亿美元，其中工业、服务、特种机器人市场规模分别 达到195亿美元、217 亿美元和101亿美元。预计到2024年，全球机器人市场规模将有望突破650亿美元。
AI推动机器人规模与应用双扩张
据IFR数据及中国电子学会研究，机器人产业经过60多年的不断发展，2021年全球市场规模已超过400亿美元。我们相信未来10年在AI的加持下，机器人产业规模将迅速增长，同时AI机器人作为人工智能的实体化，将拥有 更广泛的产业应用。
硬件是机器人产业的核心竞争力
AI机器人产业链与工业机器人产业链大致相似，上游关键零部件除减速器、伺服电机、控制器、传感器外，增加了 体现算力的专用AI芯片。中游涵盖机器人本体制造以及面向应用部署服务的系统集成。下游是由不同行业领域共同 形成巨大的机器人应用市场。
工业机器人：形态以手臂为主
工业机器人主要分为三大模块：传感模块、控制模块和机械模块。其中传感模块负责感知内部和外部的信息，控制模块控制机 器人完成各种活动，机械模块接受控制指令实现各种动作。目前多数工业机器人为“机械臂”，和人的手臂相似，包括手部、 腕部、臂部、腰部和基座，每个关节都需要共同配合以完成任务。
核心零部件之一：减速器
减速器主要分为RV减速机和谐波减速器
减速器是工业机器人的重要零部件，通常安装在机器人的关节，用于精确控制机器人动作、传输更大的力矩，主 要分为RV减速机和谐波减速器。
两种减速器优势互补，应用于不同部位
谐波减速器与 RV 减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器。由于传动原理和结构等技术特点差异，使 二者在下游产品及应用领域方面各有所侧重、相辅相成，应用于不同场景和终端行业。在工业机器人领域，RV减速器具有刚度好、耐冲击能力强、传动系统稳定、高精度等特点，主要用于大臂、肩部、 腿部等重负载位置；谐波减速器体积小、结构简易紧凑，主要用于小臂、腕部或手部等轻负载位置。
机器人景气度提升，RV减速器需求逐步增加
随着国内机器人产业的发展，带动RV减速器需求快速增长。2014年以来我国机器人产业对RV减速机的需求量呈现 持续增长的趋势，据华经产业研究院数据，2020年RV减速机需求量为47.5万台，同比增长11.2%。中国RV减速机市场集中度较高。据华经产业研究院数据，其中日本企业博纳特斯克市场占有率位居第一（53%）， 具有绝对优势。除双环传动以外，其余厂商市场占有率均暂未超过5%。
谐波减速器市场规模稳步增长
据华经产业研究院数据，2021年我国机器人用谐波减速器市场规模为12.1亿元，预计2022年达到15.9亿元，2025年 达到30亿元，2022-2025年市场规模平均增速为23.6%。全球谐波减速器市场内主要厂商有哈默纳科、日本新宝、绿的谐波、中技克美等。哈默纳科技术和专利领先，产 品寿命高、故障率低、品类丰富，覆盖全球市场。国内谐波减速器厂商有30多家，头部厂商有绿的谐波、来福谐 波、双环传动、大族传动等。近年来国内厂商逐渐进入下游客户供应链，市占率逐年提升。
减速器产业链
减速器产业链上游原材料主要包括：轴系部分、箱体、减速器附件等。产业链中游为减速器生产制造，主要包 括通用减速器、专用减速器和精密减速器三类。产业链下游应用领域主要包括工业机器人、服务机器人、数控 机床等。
中游技术壁垒高，日本厂商竞争优势强
减速器在工业机器人三大核心零部件中技术难度最大，行业高度垄断。据GGII、中商产业研究院数据，日本 纳博特斯克在RV减速器领域处垄断地位，日本哈默纳科则在谐波减速器领域处垄断地位，两家合计占全球市场 的75%左右。由于其极高的技术壁垒，下游本体制造厂商对减速器环节议价能力很弱。
核心零部件之二：伺服系统&控制器
伺服系统：机器人的动力系统
伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出量，随着输入量的任意变化而变化的自动控制系统，是工业自动 化的关键零部件，实现精准定位、精准运动的必要途径。伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成， 编码器通常嵌入于伺服电机。
伺服系统由伺服驱动器发出信号给伺服电机驱动其转动，同时编码器将伺服电机的运动参数反馈给伺服驱动器， 伺服驱动器再对信号进行汇总、分析、修正。整个工作过程通过闭环方式精确控制执行机构的位置、速度、转 矩等输出变量。
伺服电机更适用于机器人关节部位
伺服电机在控制精度、过载能力、速度响应等方面均优于步进电机，更加适用于机器人领域。在数字控制的发展趋势下，运动 控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。伺服电机主要由定子、转子和编码器组成，原有的控 制系统上增加编码器完成闭环，通过实时的闭环信号反馈给伺服驱动器，从而实现更精密的控制。
中国伺服电机市场规模增长，国内电机厂商首次登顶
中国伺服电机市场规模一直保持增长趋势，受到下游工业机器人、电子制造设备等产业扩张的影响，伺服电机在 新兴产业应用规模也不断增长。据工控网数据，2022年中国伺服电机市场规模达181亿元，预计2023年中国伺服电 机市场规模将增长至195亿元。
我国伺服电机行业市场集中度较高。据中商产业研究院，2021年上半年，排名前五厂商市场占比超过50%，国产 厂商汇川技术市场份额占比达15.9%，首次排名第一。除汇川外，排名靠前的电机厂商依然以日本和中国台湾为主， 包括日本安川（11.9%）、台达（中国台湾）（8.9%）、日本松下（8.8%）和日本三菱（8.3%）。
伺服电机产业链
伺服电机行业的上游主要是稀土磁材和电子零部件，稀土磁材是伺服电机制造过程中必需的重要原材料。中游 来看，除伺服电机制造外，伺服系统还包括伺服驱动器制造以及数控系统研发等环节。下游来看，伺服电机可 以广泛应用于医疗器械、机器人制造、汽车制造和工业装备制造等领域， 具备广阔的应用前景。
核心零部件之三：传感器
传感器：连接数字世界和现实世界的桥梁
传感器一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所 需形式的信息输出的器件或者装置，一般由敏感元件和转换元件组成。根据传感器的工作原理，可以分为物理传感器和化学传感器：物理传感器应用物理效应，如压电、磁电、光 电、热电等，化学传感器则以化学吸附、电化学反应等，将被测信号的微小变化转换成电信号。
机器人传感器分类
机器人传感器可以分为内部传感器和外部传感器，其中内部传感器包括位置、速度、力、加速度等物理的传 感器，主要用于测量机器人自身状态，以实现独立行走、动态平衡、一般肢体动作等；外部传感器模仿人类 感官，包括视觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉、接近觉等传感器。
机器人传感器：视觉传感器占比74%
2021机器人传感器市场规模约7亿美元，其中大部分为视觉（光学）传感器。机器人用传感器与其他领域传感器有一定差异， 如机器人特有的空间限制、灵敏度要求、高度集成的反馈决策系统等。根据YOLE数据，2015-2021年无人机及机器人传感器 市场从3.51亿美元增长至7.09亿美元，复合增长率高达12.4%，其中光学传感器占比达74%。传感器市场高增长率表明机器人 对于传感器有强烈需求。
核心零部件之四：AI芯片
AI芯片：人工智能的“心脏”
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