人形机器人专题报告人形机器人产业链梳理

　　（报告出品方作者：国联证券，张晓春，贺朝晖，熊军）1。人形机器人或带动上游核心零部件发展
　　人形机器人或带来机器人上游核心零部件投资机会。参考工业机器人零部件及特斯拉公布的人形机器人技术细节和应用场景，人形机器人可能受益的环节有减速器、电机、结构件、半导体芯片及器件、传感器、面板玻璃和材料等。成本构成方面，工业机器人的核心零部件主要为减速器、伺服系统和控制系统，分别为32、22和12，成本占比超过65。我们判断人形机器人零部件中减速器的价值量较大。
　　2。减速器：机器人成本占比最高的零部件
　　减速器产品主要可分为RV减速器、谐波减速器、摆线针轮行星减速器和精密行星减速器。减速器的作用是连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用，减速器将电机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的。目前工业领域的机器人主要使用RV减速器和谐波减速器，根据两者的特点各有不同的应用位置。
　　RV减速机与谐波减速机均可应用于人形机器人的不同部位。RV减速器的特点是拥有较高的传动效率、输出扭矩和扭转刚性，通常应用于机器人的腿部、腰部和肘部等承重关节；谐波减速器的特点是噪声小、体积小、重量轻、运动精度高，主要应用于轻型、小型工业机器人的末端部位。对于人形机器人来说，在进行搬运物品时，承重较大的腰部、腿部等关节处可配置RV减速器，而进行精细化操作时，机器人的小臂和腕部可配置谐波减速器。
　　2。1减速器行业情况介绍
　　根据中国通用机械工业协会数据，2020年中国减速机产量达到917万台，较2013至2018年的平均值增长近54。除此之外，近年来谐波减速机规模呈现平稳增加的态势，2020年谐波减速机规模达12。6亿元。根据《十四五机器人产业发展规划》，到2025年，机器人产业营业收入年均增速超过20。我们预计到2025年我国机器人谐波减速机规模有望达到31。4亿元。
　　国内减速机行业领先公司侧重点有较大差别。绿的谐波主要专注于精密谐波减速机的开发及其销售工作，是中国第一家成功量产谐波减速机的企业，打破了国外企业长久以来的垄断地位。而国茂股份专注于齿轮减速机、行星减速机领域和提供一体化的减速电机设备，即减速器电机机电一体化。宁波东力主要生产专用齿轮箱、非标齿轮箱、标准减速机、传动装置、特种高效电动机等设备。中技克美以谐波减速机为其主要产品，而香农芯创、昊志机电也同样拥有谐波减速机产品构成。
　　行业整体进入投资积累阶段，非流动性资产逐年提高。从2017年到2021年，绿的谐波、国茂股份、昊志机电等国内减速机行业领先企业均处于加大固定资产投资的阶段，固定资产的投资将有助于企业未来产能释放，进一步提高国产减速机的供给量和市场占用水平。从图表中我们可以看到绿的谐波、国茂股份、中大力德、香农芯创等在去年均有超过30的增速，处于较高的增长水平。
　　行业内公司利润率逐年提升，国产减速机表现良好。国内减速机行业领先企业近5年利润均有较大幅度提升，整体表现良好，其中绿的谐波、昊志机电等公司去年均实现净利润增长超过100，净利润的快速增长意味着公司前期投资已经逐渐得到回报，国产减速机的质量也得到了其他企业的认可，随着减速机需求的进一步提升，行业内公司的利润率有望保持较高增长。
　　谐波减速器市场格局方面，内资企业渗透率逐渐提升。日企哈默纳科和电产新宝在2021年合计市占率为43。9。较2020年下滑2。1个百分点。内资企业绿的谐波在近两年国内市占率位于行业第2名，2021年占比（24。7）相比2020年提升3。7个百分点。在国产替代的大背景下，内资企业有望进一步提高市场渗透率。
　　RV减速器市场格局方面，日企占据主导地位。日企纳博特斯克和住友在2020年和2021年市占率均超过50。内资企业双传环动市占率由2020年9。3提升至2021年15。10；上市公司中大力德市占率稳中有升，较2020年提升1个百分点，从行业第4名上升至行业第3名。
　　2。2重点企业分析
　　双环传动：齿轮领域龙头，RV减速器国产替代。双环传动是国内汽车齿轮龙头企业，在行业深耕多年，客户覆盖海内外主流车企。公司自2012年开始研发RV减速器，不断在关键领域实现技术突破，目前已成为国内RV减速器龙头。公司2021年实现营收53。91亿元，同比增长47。13，实现归母净利润3。26亿元，同比增长536。98。
　　中大力德：国内RV减速器top2上市公司。中大力德是从事机械传动与控制应用领域关键零部件的研发、生产、销售和服务的高新技术企业，主要产品包括精密减速器、传动行星减速器、各类小型及微型减速电机等，为各类机械设备提供安全、高效、精密的动力传动与控制应用解决方案。公司2021年实现营收9。53亿元，同比增长25。3，实现归母净利润0。81亿元，同比增长15。85。
　　绿的谐波：打破海外垄断，国内首家谐波减速器企业。绿的谐波从事精密传动装置的生产与销售工作，主要产品为谐波减速器以及其他精密设备，早年国内的谐波减速器领域由海外企业垄断，公司通过技术攻坚打破海外垄断，成为国内首家谐波减速器厂商。公司2021年实现营收4。43亿元，同比增长104。77，实现归母净利润1。89亿元，同比增长130。56。3。电机：机器人实现精准操作的核心部件
　　3。1伺服电机
　　伺服电机市场持续增长，机器人应用占比基本稳定。伺服电机的下游较为广泛，包含机床、电子制造设备、包装机械、纺织机械、机器人、塑料机械、医疗机械、食品机械以及其它领域，随着下游需求的不断提升，伺服电机的市场规模持续增长，据统计伺服电机规模已从2011年的25亿元提升至2020年的83亿元，总体保持稳定增长态势。从应用占比来看，早期机器人的伺服电机应用占比较低，而在2015年已快速提升至9，之后占比保持在69的范围内，而随着市场规模整体的扩大，机器人领域所对应的伺服电机规模也将提升。
　　3。2液冷电机
　　除传统的伺服电机外，液冷电机也有望应用于机器人领域。液冷电机的特点在于通过液体冷却技术同时实现了高效散热以及防水的功能。在高端电子产品、超级计算机的CPU散热中，液冷电机已有一定程度的应用，而在电动车领域绿源电动车也通过液冷技术来降低电机的工作温度，大幅提高运行效率，有效解决了传统电机因为发热而导致的性能降低问题，但液冷电机目前依然存在价格较高的问题。
　　3。3空心杯电机
　　空心杯电机主要由后盖、接线端子、电刷、杯形绕组（转子）、转轴、定子等部件构成，其中定子由永磁体、壳体、法兰组成。外壳提供了恒定的磁场，使电机无铁损耗，所产生的转矩是均匀的，在较高的速度下可以减少振动及噪音，在低速下也能运行平稳。空心杯电机的主要应用领域为需要快速响应的随动系统，如光驱的随动控制、高灵敏的记录和检测设备、工业机器人、仿生义肢等产品。针对人形机器人的应用场景，空心杯电机可使用在机器人的手指部位，实现手指的快速响应以满足工作需求。
　　空心杯电机可归类为微特电机，当前微特电机高端市场中由日本电产主导，国内龙头企业主要为鸣志电器、江苏雷利、大洋电机等。其中仅鸣志电器生产以应用方向为机器人的空心杯电机，且具有美国沃尔玛AGV机器人独供经验。此外，当前鸣志电器发展路径与世界龙头日本电产相似，通过横向并购海外公司并发展海外业务。
　　3。4控制器
　　工业机器人控制系统分为硬件类控制器和软件类控制软件。控制器可分为上位主控计算机和下位多轴关节伺服控制器，主控计算机负责下达指令以控制各伺服驱动装置，实现对机器人的工作顺序、位置、运动速度、时间间隔的控制。工业机器人的控制方式包括运动控制和力控制。运动控制主要控制机器人的位置，而力控制则控制机器人末端执行器的作用力与力矩，主要用于会与环境接触的加工机器人、装配机器人。控制器产品的精密性会极大影响机器人的工作表现，目前海外部分企业的控制器产品在性能表现上较为领先，能够满足绝大多数应用的需求，国产控制器产品仍有较多提升空间。
　　3。5重点企业分析
　　目前国内伺服电机市场主要由海外企业所主导，2020年国内汇川技术、台湾台达、禾川科技的市占率合计为22。2，国内许多企业的伺服电机产品仍主打中低端市场，随着伺服电机相关核心技术的进一步突破，国内厂商在未来有望上攻高端市场加速国产化替代进程。
　　汇川技术：工控领域龙头，伺服国内第一。汇川技术早期从事变频器供应，目前已成为机电液综合产品及解决方案供应商，公司的工控产品广泛应用于各制造业装备，其中伺服系统在2021年以15。9的市占率居于国内首位。公司2021年实现营收179。43亿元，同比增长55。87，实现归母净利润35。73亿元，同比增长70。15。
　　禾川科技：国内工业自动化控制设备领军企业，伺服系统国产品牌位列第二。禾川科技是一家技术驱动的工业自动化控制核心部件及整体解决方案提供商，主要从事工业自动化产品的研发、生产、销售及应用集成。禾川科技的主要产品包括伺服系统、PLC等，覆盖了工业自动化领域的控制层、驱动层和执行传感层和工业富联、宁德时代、顺丰控股、三通一达、隆基股份、捷佳伟创、先导智能、蓝思科技、埃夫特等多家行业龙头企业。公司2021年实现营收7。51亿元，同比增长38。13，实现归母净利润1。1亿元，同比增长3。
　　鸣志电器：借力技术储备优势，空心杯电机前景广阔。鸣志电器利用早期在直流无刷系统的研发中所储备的技术优势，进一步研发出独特的无齿槽空心杯无刷电机，具有无齿槽转矩、低振动噪音及运转平顺等特点，控制模型线性化，最高转速可达10万转，在生物医疗、小型精密机器人等领域拥有广泛的应用前景。公司2021年实现营收27。14亿元，同比增长22。66，实现归母净利润2。80亿元，同比增长39。27。
　　4。汽车结构件或可与机器人联动
　　4。1结构件基本情况介绍
　　传统的工业机器人的结构件主要包含外部壳体、驱动装置、传动机构等部件。特斯拉通过自身丰富的供应商资源，或可在汽车结构件与机器人结构件之间形成联动，共享供应商资源。
　　2021年12月，特斯拉全球副总裁陶琳表示，特斯拉上海工厂已经实现超过90的供应链本土化。参考特斯拉汽车国内供应链占比，人形机器人量产阶段或将引入国内供应商，国产结构件供应商有望迎来新增量。我们认为人形机器人量产阶段或依托现有汽车供应链体系，其中结构件部分技术难度低于动力系统和AI系统，国内龙头企业已形成规模，切入机器人供应链的可能性较高。
　　4。2重点企业分析
　　拓普集团：汽车NVH龙头，技术行业领先。拓普集团在汽车NVH（即减振降噪以及舒适性控制）领域的技术水平居于国内前列，是国内较早进入全球整车配套零部件采购体系的自主品牌汽车零部件供应商。公司是特斯拉供应链中极为重要的一环，自2016年正式成为特斯拉供应商，主要负责提供底盘系统、副车架、内饰等，2020年依托特斯拉成功开拓汽车热管理业务，2021年19月特斯拉升至拓普集团第一客户，占总营收比重为41。47，未来人形机器人量产有望为拓普集团带来增量。公司2021年实现营收114。63亿元，同比增长76。05，实现归母净利润10。17亿元，同比增长61。93。
　　旭升股份：深耕铝合金压铸件，产品受主流客户认可。旭升股份的主要产品为热成型压铸锻造的精密铝合金零部件，下游应用领域覆盖汽车行业及其他机械制造业，曾荣获特斯拉杰出合作伙伴。公司与特斯拉的合作基础深厚，自2014年起与特斯拉全面合作，由个别零部件供应商逐渐发展为全面供应传动系统、悬挂系统等结构件供应商。同时，自2015年起，特斯拉一直是旭升股份第一大客户，总营收贡献率数年在40以上。此外，在人形机器人轻量化发展的方向中，公司深耕汽车轻量化和精密铝合金领域或将具备先发优势。公司2021年实现营收30。23亿元，同比增长85。77，实现归母净利润4。13亿元，同比增长24。16。
　　安洁科技：绑定头部客户，横跨消费与汽车两大赛道。安洁科技为各类智能数码产品以及新能源汽车提供精密功能性器件的生产，在存储器和电脑业务方面切入微软和苹果供应链，汽车领域已进入特斯拉供应链并为Powerwall储能系统和Model3进行零部件供应。公司2021年实现营收38。84亿元，同比增长33。68，实现归母净利润1。99亿元，同比增长57。50。5。半导体芯片及器件
　　人形机器人需要多种半导体产品。特斯拉的人形机器人定位于执行家庭服务与工业生产中更复杂的任务，最终实现劳动力替代。参考智能网联汽车架构，人形机器人在具体完成某项任务时的基本流程也可分为感知、决策和执行三个层面，因此我们认为人形机器人在半导体产品的使用上可以参考特斯拉的Model系列轿车：包括实现数字、图像、声音等多类型数据处理的主控芯片、各类功能实现所需要的控制单元芯片MCU和动力单元所需要的核心器件IGBT。
　　5。1主控芯片：自研FSD芯片生态完善
　　汽车端决策层生态完善，FSD芯片助力人形机器人。特斯拉在智能汽车的决策层具备非常深厚的技术积累：在硬件层面公司已经开发了自有的FSD（FullSelfDrive）全自动驾驶系统及FSD芯片，FSD芯片主要作用是将视觉系统采集到的图像信息通过神经网络模型相关算法进行处理并做出实施决策。以2019年在Model3上批量交货的FSD芯片为例，该芯片采用三星的14nmFinFET工艺，面积约为260平方毫米，集成了CPU、GPU、NPU、ISP和各种硬件加速器。与智能汽车类似，人形机器人也是通过摄像头等感知传感器对周边的信息进行采集，我们认为特斯拉基本会使用自研的FSD芯片作为人形机器人的主控芯片，高性能的FSD芯片将会帮助人形机器人实现一系列的复杂功能。
　　5。2MCU：国内厂商积极布局有望导入
　　人形机器人对MCU的需求量大。根据特斯拉在2021年人工智能日公布的数据，人形机器人全身共有40个左右的机电执行器，我们初步判断每个人形机器人至少需要搭载3040颗MCU，考虑到人形机器人的控制对于精度的要求非常高，所使用的控制器应该为更高端的32位MCU。
　　MCU市场规模稳步提升，汽车和工控为前两大应用领域。在汽车智能化、电动化和积极推动双碳政策的大背景下，汽车和工控领域继续推动全球MCU市场规模增长，根据ICInsights数据，2021年全球MCU市场需求旺盛，全年销售额增长23至196亿美元，预计2022年将增长10至215亿美元，2026年将达到272亿美元，20222026年CAGR为6。77。2020年全球MCU市场下游应用中，汽车与工业占比位列前二，分别为35和24；国内MCU市场下游应用中，消费电子占比最大达到26，其后分别为计算机与网络（19）、汽车电子（15）等。
　　市场份额集中在国外厂商。根据ICInsights数据，2021年全球MCU市场份额前五名分别为NXP（18。8）、Microchip（17。8）、Renesas（17）、ST（16。7）和Infineon（11。8），前五大厂商共占据82。1的市场份额，在寻求芯片自主可控的大背景下，国内MCU厂商的替代空间较大。
　　国内厂商积极布局工控与汽车领域，建议关注兆易创新。在MCU领域，国内4位、8位和16位的MCU自给率较高，已经在消费电子领域实现了替代，但在性能要求较高的工控、汽车领域自给率还较低，市场主要被国外厂商占据。2021年由于全球MCU产能的紧张以及下游需求出现高景气，全球MCU市场出现了供不应求的情况。在此背景下，国内MCU龙头兆易创新积极完善产品矩阵，已成功量产35个系列约400种型号的MCU产品，可以满足高、中、低端各种市场需求，公司40nm车规级MCU已经完成流片并进入客户测试，车规MCU产品的性能要求相较工业类MCU更高，我们认为未来人形机器人也有望成为兆易创新的业绩增长的驱动力之一。
　　5。3。IGBT：动力单元核心器件，SiC厂商有望受益
　　动力总成系统：IGBT是人形机器人不可或缺的器件。人形机器人进行任何任务的执行均离不开动力总成系统，动力总成系统包括动力电池、驱动电机、电池管理系统等。特斯拉在动力电池及电池管理系统领域具备较强的技术积累，参考特斯拉Model汽车配置，我们认为人形机器人也需要电机（逆变器）、充电模块（类似新能源汽车OBC）等，这增加了对于功率器件IGBT的需求。IGBT在人形机器人中的作用包括：在逆变器中将直流转换为交流，从而驱动电机运行；在充电器中实现交流到直流的转换并进行高低压变换。
　　IGBT：电气电子领域的CPU。IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管，它由绝缘栅型场效应管和双极型三极管两个部分组成，其兼具MOSFET输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快和BJT通态电流大、导通压降低、损耗小等优点。IGBT可分为单管、IPM和IGBT模块：IGBT单管主要用于小功率家用电器、分部式光伏逆变器、小功率变频器，制造工艺为环氧注塑工艺；IPM模块应用于白色家电中的变频空调、变频洗衣机，制造工艺为环氧注塑工艺；IGBT模块应用于大功率变频器、电焊机、新能源车、集中式光伏等领域，制造工艺为灌胶工艺。按照电压等级划分，600V以下的低压IGBT主要应用于消费电子领域，600V1200V的中压IGBT主要应用于新能源车、光伏、工业等领域，1700V以上的超高压IGBT主要应用于轨交、风电、智能电网领域。
　　新能源汽车与光伏成为IGBT市场主要增量领域。根据Omdia数据，全球IGBT市场规模2024年预计达到66。19亿美元，20202024年CAGR约为5。16；中国IGBT市场规模2024年预计达到25。76亿美元，20202024年CAGR约为4。34，中国市场占全球比例约为40左右。2020年以来，新能源汽车、光伏和储能等领域对于IGBT需求呈现高增长，已经成为IGBT市场核心驱动力。
　　第三代半导体SiC功率器件厂商有望受益。目前新能源车使用的IGBT基本为硅基器件，基于第三代半导体SiC的功率器件在新能源领域还未大规模使用。相比于硅材料，SiC材料的击穿电场强度更高，可以达到硅材料的10倍以上，因此基于SiC制备的功率器件具备更高的耐压性，同时还具备更好的耐高温特性和更低的开关损耗。
　　SiC功率器件主要应用领域包含新能源汽车、电力供应、光伏、UPS通信、轨交以及航天军工等，其中新能源汽车市场有望在2023年迎来快速上量，成为SiC器件市场增长的主要驱动力，光伏领域的发展也将进一步刺激市场增长。根据Yole数据，SiC功率半导体市场产值到2025年将达到25。62亿美元，20192025年CAGR为29。6。作为特斯拉最热销的车型之一，Model3是新能源汽车领域第一款使用SiC功率器件（SiCMOSFET）的车型，基于此我们认为人形机器人功率器件部分也会使用一定比例的SiC器件，国内的SiC厂商有望迎来新的增量领域。
　　人形机器人时代关注国内IGBT和SiC优质厂商。我们认为产品种类齐全、性能出色和下游进入汽车或光伏领域，实现批量出货的IGBT企业将会率先进入人形机器人产业链，因此我们建议关注国内IGBT模块龙头斯达半导和轨交领域IGBT龙头时代电气；第三代半导体领域国内企业以产业链单一环节为主，行业技术壁垒高，海外龙头企业如意法半导体、英飞凌均采用IDM模式。
　　6。上游零部件：传感器
　　感知层：视觉方案为主，辅以毫米波雷达。特斯拉是纯视觉方案践行者，即使用单一的摄像头实现自动驾驶功能。我们认为人形机器人应用场景相对于自动驾驶汽车更加封闭，人性机器人在室内需要实现更高精度定位，因此除了使用摄像头外，还应该使用少量毫米波雷达配合摄像头实现在室内的精准定位，提升机器人任务执行的准确率。除了会使用进行环境感知的传感器外，与普通工业机器人一样，人形机器人也需要普通的位置、压力、速度、力矩等测量类型的传感器。
　　6。1摄像头：性价比最高的感知传感器之一
　　以车载摄像头为例：镜头与图像传感器价值量较高。普通的车载摄像头由图像传感器、光学镜头、图像信号处理器及各种结构件组成，根据ONSEMI数据，车载摄像头中图像传感器、模组封装和镜头的成本占比分别为50、25和14，因此我们主要关注光学镜头以及图像传感器赛道相关机会。
　　光学镜头
　　人形机器人使用性能更优的玻璃镜头。光学镜头按照制备材料不同可分为玻璃镜头（G）、塑胶镜头（P）和玻塑混合镜头（GP），玻璃镜头相比塑胶镜头在折射率、稳定性、环境耐受性等性能上具有更好的表现，但成本和制备难度也更高。玻璃镜头制备工艺主要包括模造成型工艺、晶圆级光学器件工艺（WLO，WaferLevelOptics）和晶圆级玻璃工艺（WLG，WaferLevelGlass）。人形机器人主要通过摄像头对周边环境信息进行采集，因此我们认为人形机器人也采用与特斯拉汽车ADAS相同的玻璃镜头。
　　模造成型工艺是制备玻璃镜头的主流工艺，技术壁垒高。模造成型工艺技术发展较为成熟，是当前行业内制备玻璃镜头的主流工艺，该方法的基本原理是将预加工的玻璃胚胎放置于精密成型模具中，加热升温使玻璃软化，再向模具表面加压使玻璃成型。模具的设计与加工是该方法的核心，技术和工艺的壁垒较高，模具的精度将会直接影响玻璃镜头的生产良率与光学性能。
　　机器视觉成为光学镜头重要增长领域。根据中国机器视觉产业联盟数据，机器视觉系统中游零部件环节成本占比最大（45），其次为软件开发（35）、组装集成（15）和维护（5），中游零部件主要包括光源、镜头、相机和视觉控制系统等。根据奥普特公司机器视觉整体解决方案显示，光学镜头约占中游零部件成本的15。6。益于智能制造加速，基础建设投资力度加大，我国机器视觉市场规模由2018年的102亿元增长至2020年的144亿元，2021年市场规模达到181亿元，预计2022年将达到229亿元。根据中游成本结构测算，2021年国内机器视觉领域光学镜头市场规模为12。7亿元，预计2022年将达到16。1亿元，4年CAGR为23。8，市场规模增长较快。
　　图像传感器
　　CMOS图像传感器逐步占据市场主导地位。在摄像头模组中，图像传感器决定着摄像头的成像品质以及其他组件的结构和规格，CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）图像传感器和CCD（ChargeCoupledDevice）图像传感器是当前主流的两种图像传感器。其中CCD电荷耦合器件集成在单晶硅材料上，像素信号逐行逐列依次移动并在边缘出口位置依次放大，而CMOS图像传感器则被集成在金属氧化物半导体材料上，每个像素点均带有信号放大器，像素信号可以直接扫描导出，即电信号从CMOS晶体管开关阵列中直接读取，不需要逐行读取。
　　从20世纪90年代开始，CMOS逐步取代CCD占据市场主导地位，CMOS图像传感器的优势包括：1）成本层面上，CMOS图像传感器芯片一般采用适合大规模生产的标准流程工艺，在批量生产时单位成本远低于CCD；2）尺寸层面上，CMOS传感器能够将图像采集单元和信号处理单元集成到同一块基板上，体积得到大幅缩减，适用于移动设备和各类小型化设备；3）功耗层面上，CMOS传感器相比于CCD保持着低功耗和低发热的优势。
　　CMOS图像传感器根据感光元件安装位置可分为：前照式结构（FSI）、背照式结构（BSI）。1）前照式结构为CMOS图像传感器传统结构，即自上而下的五层结构，分别是透镜层、滤色片层、线路层、感光元件层和基板层。光从正面入射时，采用FSI结构的CMOS图像传感器需要光线经过线路层的开口后到达感光元件层进行光电转换。前照式结构的主要优点是工艺条件较易实现、制造成本较低，存在较大的局限性：随着像素尺寸变小，可接收的入射光量下降，金属布线反射和吸收的损耗在线路层变得愈发严重，极大限制传感器的整体性能；
　　2）背照式结构CMOS图像传感器将感光元件位置更换至线路层上方，感光层仅保留部分逻辑电路。采用背照式结构光线可从背面入射直接到达感光元件层，电路布线阻挡和反射等因素带来的光线损耗大幅减少。与前照式相比，背照式感光效果显著提升，但设计和工艺难度均较大且成本较高。
　　CMOS图像传感器根据快门曝光方式不同分为：卷帘快门（RS，RollingShutter）和全局快门（GS，GlobalShutter）。1）卷帘快门通过控制光敏元逐行或逐列进行曝光来扫描完成所有像素单元的曝光。在感光度和低噪声成像上较全局快门有一些优势，但需要足够的曝光时间，适合远距离拍摄静止或移动速度较慢的对象；2）全局快门图像传感器可使全部光敏元像素点在同一时间接收光照，是高速摄影等应用场景下的最佳快门方式，在需要实时进行精准的影像捕捉以及识别的场景（例如快速行驶的汽车车牌、无人机飞行时的避障系统等），全局快门传感器已经成为首选。
　　全球CIS市场保持快速增长。得益于多摄手机的广泛普及和安防监控、智能车载摄像头和机器视觉的快速发展，CIS的整体出货量及销售额随之不断扩大。根据FrostSullivan数据，全球CIS出货量从2016年的41。4亿颗增长至2020年的77。2亿颗，4年CAGR为16。9，预计2025年将达到116。4亿颗，20212025年CAGR为8。5；全球CIS销售额从2016年的94。1亿美元增长至2020年的179。1亿美元，4年CAGR为17。5，预计2025年将达到330亿美元，20212025年CAGR为11。9。
　　AIoT和5G为机器视觉注入活力。机器视觉指的是通过计算机、图像传感器及其他相关设备模拟人类视觉功能的技术，以赋予机器看和认知的能力。从使用场景来看，随着AI和5G技术的商用落地，机器视觉不再局限于传统的工业中的应用（主要包括产线检测、不良品筛检、条码识别、自动化流水线运动等），新兴下游应用市场不断涌现，包括无人机、扫地机器人、ARVR等，为机器视觉行业发展注入新活力，同时对图像传感器的技术水平也提出了更高的要求。
　　在机器视觉新兴应用领域中，全局快门的应用广度与深度都在迅速提升。全局快门CMOS图像传感器每个像素处都增加了采样保持单元，使得所有像素可以同时捕获图像，从而避免了在高速拍摄场景下因每行像素曝光时间差异而形成的果冻效应，而卷帘快门CMOS图像传感器难以避免果冻效应，因此全局快门技术是众多新兴机器视觉应用领域内的必要核心技术，应用前景广阔。根据FrostSullivan数据，全球新兴领域全局快门CIS出货量从2018年的1100万颗增长至2020年的6000万颗，预计2025年将达到3。92亿颗，5年CAGR为27。6。
　　全球CIS市场：国外厂商主导，CR5超过80。全球CIS市场呈现头部龙头垄断局面，根据华经产业研究院数据，以出货量口径计算，2020年CR5供应商合计占据96的市场份额，其中格科微以20。4亿颗位居全球第一；以销售额计算，2020年索尼占有39。1的市场份额，CR5为83。3。根据Counterpoint预测，2022年全球CIS市场将达到219亿美元，索尼将占有39。1的市场份额，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）、意法半导体（2。5）和思特威（2。3），CR5为86。1。
　　6。2毫米波雷达：配合摄像头提升感知精度
　　毫米波雷达：具备精确位置检测性能，分辨率高。特斯拉凭借出色的图像处理算法在汽车上证明了纯视觉方案的可行性，但是摄像头本身也有其不足的地方，包括受天气影响大，距离误差大等。人形机器人在室内相对封闭的场合工作时，需要对四周的墙体有精确的定位，这时如果使用毫米波雷达再配合摄像头即可达到更高的定位精确度。毫米波雷达按照可测距离分为短距雷达（ShortRangeRadar，SRR）、中距雷达（MediumRangeRadar，MRR）和长距雷达（LongRangeRadar，LRR），其优点是可以实现精确位置检测，分辨率高，缺点是信号容易被遮挡，感知信号少。
　　国内以主流Tier1厂商为主，关注国内汽车电子核心供应商。随着自动驾驶的快速发展，带动毫米波雷达需求上升。根据头豹研究院数据，预计2026年中国毫米波雷达市场将达到约300亿元。目前中国毫米波雷达市场还以国外主流的Tier1厂商为主，例如博世、大陆等，它们拥有大量的技术与产品迭代经验，已经形成了庞大且稳定的客户群体；国内的汽车电子供应商起步较晚，少数企业如德赛西威、华域汽车已经实现了24GHz毫米波雷达的量产，其中德赛西威在投资者互动平台表示公司77GHz毫米波雷达已经在多个国内主流车型上实现量产。
　　6。3常规传感器：实现机器人状态监测
　　多种内部传感器配合实现机器人自身状态的监测。与普通机器人类似，由于仍然有许多机械结构件，人形机器人需要通过位置传感器、力矩传感器、压力传感器和温度传感器等实现对于自身位置、速度和加速度，结构件的角度、角速度和角加速度等的测量，从而实现对于自身状态的监测。除此之外，这些监测数据还会反馈到控制系统，帮助人形机器人更好的完成下一步动作。
　　7。面板玻璃提升人机交互体验
　　7。1面板玻璃基本情况介绍
　　人形机器人的应用场景较为丰富，除工业用途外，或可应用于线下门店、福利院、社区服务以及家庭服务等场景，因此人形机器人不可避免地需要具备人机交互功能。人形机器人的头部正面由一块面板玻璃所覆盖，用户可通过面板玻璃上显示的信息直观地人机交互。目前与机器人面板玻璃类似的产品已有较多应用，如智能汽车的中控屏、笔记本电脑屏幕、智能穿戴设备的显示屏等等，未来在人形机器人面部的面板玻璃产品可以有效地提升人机交互体验。8。材料：碳纤维、磁材和聚氨酯
　　8。1基本情况介绍
　　特斯拉人形机器人展示PPT中介绍Optimus将采用轻质材料制成。结合观察当前主流轻量化工业机器人使用材料，多数以碳纤维或铝镁合金等复合材料制作机械臂。碳纤维具有质量轻、强度高、刚度高、耐疲劳、耐腐蚀等多方面优势，考虑到人形机器人进行搬运工作时，关节处需承受高负荷工作，需抗磨损，因此碳纤维材料导入概率较大。
　　电机轻量化也符合人形机器人发展方向，当前已应用于特斯拉等新能源车、风电等产业的稀土永磁材料，或将切入机器人供应链，其制成的电机在轻量化、体积、能耗等方面均具备优势，综合来看符合机器人轻量化需求。此外，高性能钕铁硼材料已广泛应用于工业机器人领域，2020年工业机器人消费占高性能钕铁硼比重达12。8，特斯拉机器人或选择稀土永磁及制品作为电机材料。
　　聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是一种新兴的有机高分子材料，可以与塑料、橡胶、泡沫、纤维等合成。其中软性聚氨酯泡沫塑料广泛用于汽车内饰，可提高汽车的安全系数，硬质聚氨酯可通过添加阻燃剂增强汽车安全性。在人形机器人材料的选用当中，聚氨酯可充当内部缓冲的填充材料，以此提升机器人负载能力和抗冲击能力。
　　8。2重点企业分析
　　中科三环：稀土磁材行业龙头，机器人产业或将催化增量需求。公司主要从事钕铁硼稀土永磁材料和新兴磁性材料的研发和生产，是稀土永磁行业第一家上市公司，同时是全球最大的钕铁硼永磁制造商之一。公司专利内容覆盖大量永磁材料制造技术，对高档铷铁硼磁体质量的改善形成技术壁垒。目前公司产品主要销售对象以汽车领域为主，2016年与特斯拉签订合作协议提供永磁材料。特斯拉人形机器人有望抬升稀土永磁电机的需求空间。公司2021年实现营收71。46亿元，同比增长53。60，实现归母净利润3。99亿元，同比增长208。44。
　　金力永磁：全球稀土永磁龙头，兼具机器人产品经验与特斯拉合作关系。公司深耕稀土永磁材料十余年，是新能源汽车、风力发电和节能空调领域的供应商，其中新能源汽车领域市占率全球第二，2020年9月公司与特斯拉开启合作，为其供应稀土永磁产品。此外，金力永磁产品广泛应用于机器人及智能制造，且具有领先优势，助力公司更有可能切入未来机器人供应链。公司2021年实现营收40。80亿元，同比增长68。78，实现归母净利润4。23亿元，同比增长86。37。
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