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机器漫步:移动机器人引领智慧物流升级
 [打印]添加时间:2023-03-31   有效期:不限 至 不限   浏览次数:134
   2023年国内移动机器人步入上市潮,我们本篇报告聚焦全球移动机器人的前世今生,解读行业发展脉络、行业竞争格局及标杆企业运营模式。
 
  摘要
 
  轻盈之步,移动机器人打通工业物流。根据CMR产业联盟,移动机器人以轮式AGV/AMR为代表,履带式及腿足式关注度亦有提升。全球移动机器人起源于欧美,2010年中国市场因电商物流带动,移动机器人迅速普及。据MIR预测,2025年全球/中国移动机器人市场规模或分别达400/200亿元。
 
  软件算法及传感技术为核心壁垒。1)上游:由控制系统、伺服系统、传感器等组成,专用控制器和高端传感器是核心价值环节。2)中游:国内企业多承担本体&集成商双重角色,我们认为调度系统的综合算法能力、项目方案能力构筑护城河,硬件拼规模优势。3)下游:2022年分化明显,综合型与垂直类企业共存。
 
  弯道超车,看齐世界。1)AGV:国内庞大物流需求为产品迭代提供丰厚土壤场景,国产化率近九成。2)AMR:自主导航需求提升,据GGII预测,2025年中国AMR销量占比提升至32%。就企业端而言,主流AMR及AGV厂商重叠度较高,我们预计未来以融合式发展为主。
 
  风险
 
  宏观经济下行,本土竞争激烈,出海不及预期。
 
  正文
 
  移动机器人:轻盈之步,绽放移动之美
 
  产品定义:不局限于轮式,解放双腿
 
  移动机器人是运输类机器人总称。据中国移动机器人产业联盟(CMR产业联盟)2020年发布的《工业应用移动机器人术语》,移动机器人指应用在工业及物流领域中的,装备有导航装置,由车载控制系统控制,以轮式等为特征,自带动力或动力转换装置的机器人。近几年来,履带式、腿足式等移动机器人关注度亦有提升。
 
  移动机器人可分为系统软件平台及硬件本体。前者负责在具体使用场景内对机器人进行任务统调度和路径控制。后者包括运动控制模块、传感器、电池模块等。
 
  导航方式与应用功能是移动机器人分类方式。1)从导航方式来看,磁条、二维码导航属于有轨导航,是电商、鞋服、零售等仓储领域AGV主流应用;激光、视觉导航属于无轨导航,是工业场景AMR主流应用,目前行业逐渐由单一磁导航发展成QR、激光、视觉、混合导航多导航并存式。2)从应用功能来看,移动机器人可分为搬运、装配、牵引、巡检、分拣、复合型,我们判断搬运型当前占比高达50%以上,复合型、巡检类(包括清洁机器人)移动机器人渗透率或加速提升。
 
  回溯历史:起源欧美,兴于中国
 
  回顾全球移动机器人发展历史,我们发现早期以被动导航的AGV和更加简易的AGC形式发展,2010年后主动导航技术的发展驱动AMR类移动机器人兴起。
 
  ►1953-1990s初:生于欧美,普及于日本。全球首台移动机器人AGV诞生于1953年,由美国Barret从简易牵引式AGC改造而成。1963年日本首次引入AGV,由日本本土运输设备供应厂商与美国Webb公司成立合资公司推动发展。至1985年日本移动机器人产值超200亿日元,5年CAGR超20%,领先欧美;至1990年日本拥有AGV约一万台。
 
  在1970-1990年代,日本对AGV本土化改进,瞄准简易型AGV技术——AGC,体现为:1)追求单一路径,固定流程,自动化程度不高;2)以批量生产为主要目标,模块化设计。
 
  ►1990-2010年:中国启蒙期,产业铺开。1991年中科院沈阳自动化研究所为沈阳金杯汽车厂研制6台AGV用于汽车装配线中,完成了AGV从实验室样机到产线的跨越。2000年中国加入WTO后,工业机器人及移动机器人在各行各业渗透。
 
  ►2010年至今:新技术带动移动机器人发展。伴随运动控制算法迭代、QR导航、激光导航等导航技术成熟,移动机器人从AGV向AMR及复合移动机器人等多形态转型迭代。
 
  聚焦中国移动机器人发展历史,我们认为经历了萌芽期-蓬勃渗透-品牌出海三大阶段。
 
  ►1976-2000年:萌芽期,汽车产业促进AGV走向应用端。1991年新松机器人把磁导航AGV量产应用于汽车行业的总装及底盘对接,成为移动机器人最早普及的场景。1996年昆船智能从事AGV关键技术研究与开发;2003年机科发展引进瑞典NDC技术,此三家彼时称为国产AGV“三巨头。
 
  ►2001-2010年:缓慢渗透,自主化程度尚不足。加入WTO后国内制造业开始参与全球贸易,追求经济效率背景下AGV渗透进各成熟行业。彼时缺乏相应专用政策支持,控制系统、调度系统等核心环节尚依赖进口,例如2010年之前控制系统基本被瑞典科尔摩根垄断,激光传感器主要采购西门子、ACUITY LASER等,整个行业自主化程度及降价进度相对缓慢。
 
  ►2011年-至今:电商兴起推动产业快速成熟。1)电商物流2010年代初繁荣加速移动机器人迭代场景;2)初创企业兴起,国产厂商数量从2012年20家左右快速扩张至2015年80家左右;3)2015年后控制系统、激光传感器等优秀厂商开启自主,例如仙工智能、科力光电、因泰立等。移动机器人本着成本要求最重的原则,依靠性价比优势突破渗透并快速迭代,国内市场在短短十年时间内完成了进口替代。
 
  产业链:2025年我国移动机器人市场接近200亿元
 
  2021年国内移动机器人需求占全球49%,供给超全球55%
 
  中国移动机器人需求占全球42%。1)全球来看,根据高工机器人,2021年移动机器人(AGV和AMR)全球出货量超过13万台,同比+25%;销售额255亿元,同比+15%,全球移动机器人市场持续增长。2)中国来看,据高工机器人,2021年中国市场销售移动机器人6.38万台(约占全球49%),同比+58%,销售额78.12亿元(约占全球31%),同比+50%。2022年销量同比+27.7%至8.1万台。
 
  据MIR预计,2025年全球移动机器人市场规模或达400亿元,中国市场占据半壁江山。
 
  国内移动机器人供给全球55%产量。据Interact Analysis数据,以生产台数计算2021年中国移动机器人全球占比55%,以生产金额计算中国移动机器人全球占比仅29%,中国制造在供应链和成本上优势明显,价格是其他国家一半不到。据高工机器人统计,国内头部厂商2022年出口比例均为50%以上,我们认为应以全球视角看待移动机器人企业的成长。
 
  催化剂:政策持续助力,龙头即将上市引关注
 
  政策:专项政策助力,运输工人是机器换人排头兵
 
  智慧工厂政策频出,孕育下游环境。在“工业4.0”、“互联网+”发展大背景下,政府部门持续出台法律法规鼓励企业推进制造运输过程智能化,例如先后出台《“十四五”快递业务发展规划》、《推动物流业制造业深度融合创新发展实施方案》、《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》等,强调提升物流发展质量和制造业生产效率,为移动机器人应用营造良好外部环境。
 
  专项规划持续助力移动机器人重点发展。2021年12月28日,工业和信息化部门等十五个部门联合印发了《“十四五”机器人产业发展规划》,提到“重点研制AGV、无人叉车、分拣、包装等物流机器人”,相较《“十三五”机器人产业发展规划》表述“推进重载AGV产品突破”,在品种覆盖范围方面做了进一步扩充。另外,文件还新增提到“面向半导体行业的自动搬运、智能移动与存储等真空(洁净)机器人”以及“实现空间任意位置和姿态可达、具有灵活抓取和操作能力的移动机器人”,我们认为体现国家持续推进产业深入决心。
 
  运输场景机器换人是降本最迫切环节。据第八次全国人口普查数据,我国人口数量下降85万人,首次进入负增长。劳动人口减少叠加人力成本上升,企业降本需求迫切。相较于流水线操作工人,拣选运输对工人技能要求很低,是降低人工成本最迫切、最易实现的环节,移动机器人换人成为企业自动化改造排头兵(据快仓统计,移动机器人ROI已降低至2年)。
 
  资本:一级市场融资频频,龙头步入二级上市潮
 
  根据移动机器人产业联盟统计,2022年业内共发生33笔融资,融资金额52亿元,单笔融资金额明显上升。此外,据公开消息,海康机器人、极智嘉、科捷智能、昆船智能等行业头部企业均已进入上市辅导阶段,海康机器人已递交招股说明书,板块效应引更多二级资本关注。
 
  产业链:硬件拼规模优势,调度算法体现相对优势
 
  与工业机器人产业链对比来看,工业机器人生产壁垒在于核心零部件的精度与配合,既包括减速器等机械制造硬件,也包括控制器算法软件层面;移动机器人对于硬件精度要求略低,主要进入壁垒在于调度系统等软件层面。
 
  ►从上游来看,主要包括5大部分,1)传感器:视觉、激光、光电;2)伺服系统:电机、减速机、电机驱动器;3)控制系统:主控制器、嵌入式软件;4)能源动力;5)机械件。AMR拥有主动导航能力,在视觉或激光传感器方面部署更多,且控制器具有主动规划路径能力;而AGV基本只有光电传感器,控制器更强调被动执行能力。
 
  ►从中游来看,分为调度系统和整机制造两个环节,1)调度系统:算法、机器人调度系统;2)整机制造。我们重点强调在移动机器人产业链里,控制系统安装在单机上,负责运动轨迹的执行;调度系统附加在一套整体解决方案上,是复杂算法模型最为集中的地方。
 
  ►从下游来看,大部分直接由系统集成商对接到下游应用场景。QR导航的AGV主要应用于电商、零售、鞋服、医药等仓储流通场景;SLAM导航的AMR主要应用于工业场景。我们认为行业逐渐趋于工业物流和仓储流通全场景并举。此外,消费场景延伸潜力可期。
 
  上游:控制系统是核心难点
 
  据快仓创世人杨威发言,移动机器人所需的300余个零部件中,目前只有10-20个需要进口,其中控制器与激光传感器是最重要的两大环节。
 
  (一)控制器:专用控制器取代通用,国产企业2015年后发力
 
  早期移动机器人使用的控制器多为单片机、PLC、工控机三类:1)单片机:主打价格低廉,但计算能力弱,只能处理基础指令;2)PLC:稳定性高,善于逻辑控制,开发难度不大,但开放性差;3)工控机:基于ARM/x86+win/linux,具有强抗干扰能力,可用于振动、电磁辐射等恶劣工业环境。三种方式可互相嵌套、融合应用。
 
  嵌入式计算机系统的专用AGV/AMR控制器成为行业趋势。随AGV/AMR技术不断发展,激光、视觉等新技术对控制器算例要求大幅提高,叠加移动机器人行业竞争愈发激烈,控制器非标化成为行业竞争的核心力量。与通用工业控制器比较,AGV/AMR专用控制器集成了成熟导航和运动控制算法(例如激光定位算法、麦克纳姆轮控制算法),为用户节省很多工作,且稳定性更高,已成为行业趋势。
 
  控制器算法的通用与兼容性至关重要。移动机器人控制器对跨平台的通用性、传感器的兼容性、各类算法的适配性,以及运动控制算法的稳定性和精确性要求较高,主要体现在:1)硬件层面:工作温度范围、湿度范围、IP防护等级、防爆、防腐蚀等认证要求;2)嵌入式层面:芯片、编译器、操作系统等的稳定性要求;3)算法层面:需要经过大量应用场景验证AI算法可靠性;4)系统层面:容错能力、冗余技术指标能力,以增加控制器可靠性。
 
  国产企业崛起正当时。国内部分AGV/AMR企业会选择自己开发控制器,如海康、新松、昆船、优艾智合、斯坦德、国自等企业都有自己的控制器产品。专业做AGV/AMR控制器及相关系统的厂商中,科尔摩根最早将这一技术带入中国市场,2015年后国内也有创业公司瞄准这一市场开发。我们测算移动机器人专用控制器成本占比20%左右,据此估算2022年国内移动机器人专用控制器市场规模20亿元左右,据MIR,国产化率50%左右。
 
  (二)激光传感器:国产化率已80%,传感精度&稳定性持续提升
 
  基于激光传感器,移动机器人实现从被动导航到主动导航的跨越。移动机器人起源于需要外部预设二维码或磁带进行定位的AGV,较为繁琐且二维码易损坏,基于主动激光导航的SLAM-AMR应运而生,SLAM-AMR核心增强的是激光传感器与主动规划算法的控制器。发展至今已出现第四代视觉自主导航AMR,实现更加柔性与灵活部署。我们认为,传感器技术的变革速度或制约移动机器人行业技术演变速度。
 
  AMR中激光传感器多以ToF/单线/机械式激光传感器为主。1)ToF&三角法:三角法依靠激光测距,ToF法依靠激光脉冲测距,ToF法相对精度高、速度快。2)单线&多线:单线值2D扫描,多线指3D立体扫描,基于密集点三维云模型,具有抗环境干扰、穿透力强等优点。3)机械式&固态:机械式指光机结构随着扫描模块进行360°旋转的方案,固态式取消了机械旋转结构,耐久性得到提高,但目前技术尚未完全成熟。目前多线、固态传感器技术尚不成熟。
 
  高端激光传感器进入壁垒体现在导航精准性和稳定性。目前一般无导轨导航精度约±10mm~±20mm,移动机器人对导航精准性的要求持续提升至10mm以内,激光导航需求提升。据移动机器人产业联盟,避障类激光雷达整体国产化率达80%,但实际导航类激光雷达国产化率仅17%,我们认为高端激光雷达差距主要体现在核心感光器件SPAD尚未自主化、多种测距精度优化和抗背景光干扰算法较弱。
 
  (三)零部件新趋势:模块化&智能化
 
  我们认为零部件向集成与智能升级方向发展:1)一体化趋势:将电机、减速机、驱动模块高度集成;2)融合导航:从单一磁导航发展成为QR、激光、视觉、混合导航多导航方式并存,且从单线二维导航向多线三维导航升级;3)云端部署:管理系统将走向云端部署,并具有可靠冗余能力,支持在线地图的策略更新,进行集群调度的优化高效处理;4)兼容性:相关接口需要进一步规范与统一,实现不同品牌移动机器人的接入调度。
 
  中游:直接材料占比高,方案能力为重点
 
  头部机器人公司核心零部件自制为主。头部公司购买直接材料集成电路、减速机、传感器、结构件等,直接材料采购成本占比90%以上,控制器自制为主;处于起步阶段的移动机器人公司控制器等机电物料基本外采,主要做机电组装。
 
  企业多选择承担本体&集成商双重角色。1)直接对接终端客户:移动机器人公司根据客户需求采购工程服务及外购配套产品,直接向客户交付解决方案;2)向集成商供货:移动机器人公司向系统集成商签署销售合同并向其供货。我们观察到市场同质化竞争下,头部企业均开始通过融合调度系统能力直接对接终端客户。
 
  本体企业盈利能力与收款情况明显优于集成商。移动机器人本体企业毛利率在35%以上高于线边仓集成商30%左右毛利率水平,但随行业竞争加剧&集成占比提高,我们预计行业毛利率差或收敛。本体企业应收账款周转率是线边仓集成商2倍左右。
 
  下游集成是指跨场景、跨系统、跨设备实现全场景的业务集成。在移动机器人行业,本体厂商与集成商常常交叠,例如昆船智能、新松机器人等。
 
  (一)To B端工业应用日趋成熟
 
  物流应用进入变革期,工业场景应用加速发展。2020年后,以高端市场为主的顺丰速递单票毛利仅有2.18元,“四通一达”单票毛利均已降到0.4元以下,对物流场景移动机器人成本造成一定挤压,叠加物流行业进入门槛低,移动机器人物流行业竞争开始白热化。据高工机器人数据,2022年光伏/锂电/汽车及零部件用移动机器人销量增速分别80%/50%/30%以上,物流行业销量增速-10%,我们预计宏观行业分化背景下移动机器人下游或分化加剧。
 
  看好工业场景中具有竞争壁垒的细分赛道龙头。我们认为半导体、液晶、汽车电子等行业对品牌、价格、认证、技术、环境、定制化和售后的要求较高,具有更高进入壁垒;其他行业更多涉及简单搬运,竞争格局会相对红海。
 
  移动机器人+服务,缔造更大消费场景。当移动机器人被赋予服务概念,就出现了餐厅送餐机器人、清洁机器人、酒店配送机器人等,疫情无疑加速了无接触送餐机器人的普及。据中国移动机器人网统计,2017年国内送餐机器人市场规模只有千万元级别,到2020年底中国送餐机器人市场规模已11.6亿元,中国机器人网预计2025年行业市场规模近150亿元,仅次于工业场景200亿元空间。由于下游商业模式差异,服务领域参与者与工业领域参与者并不重叠,以擎朗(D轮融资完成)、泰绅为技术引领者,差异主要体现在消杀灯、底盘等技术附加。我们认为消费场景空间远超工业场景。
 
  (三)To C端市场大幕拉开,科技+家居融合发展
 
  2020年后移动机器人与智能家居融合发展,加速向C端家用看护市场延申。2021年6月亚马逊推出世界上第一台人工智能自主驱动的家庭机器人Scout,车身70毫米×100毫米×110毫米-2.8英寸×4英寸×4.3英寸,高度集成1080P质量图像、AI驱动定位、IPX65、开源软件包、触摸语音数据等,可承担看护、巡逻、家用智能电器等作用。2021年10月亚马逊又发布了“Astro”,在外貌及编程方面做了迭代。至今,华为、科大讯飞、阿里等纷纷入资家用移动机器人赛道,我们认为C端市场大幕刚刚拉开。
 
  资料来源:各公司官网,中金公司研究部
 
  竞争格局:国产企业由领跑中国,到看齐世界
 
  AGV:后发劣势追平,出海可期
 
  回顾AGV历史竞争格局,我们认为可以分为三大阶段:1)海外厂商具有先发优势在全球各大市场占据主要份额;2)国产厂商借物流行业发展红利在国内市场赶超外资;3)国产厂商出海,具体来看:
 
  阶段一:海外厂商占据全球各大市场主要份额。根据高工机器人,2014年全球AGV市场中CR10全部为外资品牌,合计占比达58%。彼时国内移动机器人市场刚萌芽,除新松机器人、昆船智能以外,较少见到国产移动机器人品牌。
 
  资料来源:高工机器人,中金公司研究部
 
  阶段二:AGV国产化率98%,龙头格局已成。互联网电商与物流的快速发展给予国内AGV企业大量试用场景,至今国产品牌性能已基本与外资持平,价格显著低于外资厂商30%以上。据移动机器人产业联盟,2020年中国市场外资AGV销售额未超亿元,AGV国产化率高达98%。据MIR,2022年国内市场CR5海康机器人、极智嘉、快仓、华晓精密、海柔创新合计市占率达46%,收入接近10亿元体量与二线标的拉开差距,我们认为龙头格局渐成,马太效应或持续显现。
 
  龙头难分伯仲,我们认为差异化解决方案是突围良策。对比海康机器人、极致嘉、海柔料箱移动AGV核心指标,我们认为产品差异性不强,以调度系统为出发点的整体方案或是国产品牌突围价格战的良策。例如,极智嘉以项目集成为标签,加强整体方案配套库仓的一站式服务能力;海康机器人在汽车应用领域不断创新调度系统能力,具有丰富案例积累。
 
  阶段三:出海加速,国产品牌涌入全球市场前十。国内市场竞争愈发激烈,海外市场盈利空间相对更优,我们认为AGV出海或贡献更大弹性,建议重点关注。据高工机器人,2022年国内移动机器人出口占比首次超25%,较2021年上升4.2ppt。国内头部厂商中极智嘉、快仓智能、海柔创新等2022年出口比例均为50%以上,目前全球移动机器人市占率前十里中国企业占比近半。
 
  我们认为人力成本、海外电商快速发展及IT基础成熟是国产出海的重要驱动因素:
 
  AMR柔性部署能力更强,工业应用场景丰富。AMR具有丰富传感器与主动路径规划算法,我们认为其可适用更多复杂场景及与人交互避障场景,工业环境非标多变更加适合AMR,2021年AMR在3C、液晶、汽车行业应用比例分别36%/16%/11%,且逐年上升。
 
  AMR渗透率或持续提高。我们认为随工业应用的要求提高,自主导航AMR占比有望持续提高。据高工机器人预测,2020-2025年中国AGV和AMR市场规模CAGR分别有望达18.39%和31.69%,2025年中国AMR销量占比有望达32.43%,市场规模占比有望达45.39%。企业端而言,主流AMR及AGV厂商重叠度及转换度较高,我们预计未来或融合式发展为主。
 
  AMR基本实现国产替代,头部格局近5年稳定。根据MIR统计,2022年AMR中国产企业迦智科技、仙工智能分列前两名,市占率由2018年13%/5%升至18%/11%,引领中国市场国产化率升至80%左右(2022年)。外资品牌丹麦MiR、日本欧姆龙市占率由2018年17%/13%下滑至2022年4%/3%。我们看好国产AMR持续突破,龙头公司或进入差异化定位阶段。
 
  复合移动机器人:打通物流末端环节,市场高弹性增长
 
  复合移动机器人新趋势,打通智能物流的末端环节。移动机器人只能触及产线的线边仓,线边仓至生产线上的物料搬运仍需人力执行,无法形成完整闭环。我们认为复合机器人通过整合移动机器人的移动能力、机械臂的高自由度操作能力及机器视觉的识别能力,可打通智能工业物流末端环节,是移动机器人一大发展趋势。例如半导体晶圆盒运输要求无菌无尘,传统人工晶圆运输和上下物料具有较大不稳定性,复合移动机器人可以解决无尘车间晶圆盒运输和上下料自动化问题。
 
  复合移动机器人市场高弹性成长。2021年中国复合移动机器人销量980台,同比+75%,高工机器人预计2022-2025年半导体行业移动机器人(含复合机器人)销量的年均复合增速超40%,到2025年销量有望超3,800台。我们认为该领域壁垒相对较高,属于专精细分领域。