人形机器人：产业链深度梳理！

编辑:我爱机器人发布于:机器人资讯2023-07-295625

人形机器人：产业链深度梳理

【摘要】

✓ 人形机器人“奇点”时刻：特斯拉快速迭代引领，AI赋能有望极大加速商业化落地进程

✓ 潜在兆亿赛道，国家支持政策频出：人形机器人是有望超过新能源汽车/智能手机市场规模的兆亿级赛道，有极大解放生产力和改善人类生活的应用潜力

✓ 人形机器人自由度达40个，硬件端难点在于关节：根据特斯拉数据，预计70%以上的硬件成本来自关节（旋转/线性/手部关节），主要零部件包括无框/空心杯电机、谐波/行星减速器、滚珠/滚柱丝杠、力矩/位置传感器、轴承等。

✓ 人形机器人零部件价值量和主要构成

特斯拉人形机器人Optimus结构

人形机器人产业链相关标的（Optimus为例）

✓ 特斯拉：更新最新进展，展望人形机器人需求量或达200亿台

特斯拉展示Optimus最新视频，产品迭代加速。2023年5月16日，特斯拉在2023股东大会上发布了Optimus人形机器人最新演示视频，展示了其在自然行走、电机扭矩控制、力度控制、环境识别及记忆等方面的进步。马斯克强调，现在是推进研发人形机器人的绝佳机会，因为可以共享大量自动驾驶领域的软硬件技术成果，Optimus将使用与该公司电动汽车相同的全自动驾驶系统（FSD）

✓ 人形机器人需求量未来或超百亿台，潜在空间巨大

特斯拉CEO埃隆·马斯克将人形机器人视作特斯拉长期价值的重要来源，2023年7月6日，2023世界人工智能大会在上海开幕，马斯克通过视频形式发言认为，在将来某个时刻，机器人与人类的比例可能超过1:1，这意味着机器人将比人类多，甚至是多很多。伴随人形机器人需求量提升，产业链潜在市场空间巨大。

特斯拉人形机器人Optimus结构

特斯拉人形机器人Optimus环境识别能力展示

✓ 历史复盘：百年发展，AI赋能有望带来历史性跨越发展

人型机器人行业发展已近百年，中日美英等国推出人形机器人产品

•1920年代后期，美国通用电器制造商西屋电气公司发明的“Televox”、英国W.H.理查兹和飞机工程师艾伦·雷菲尔发明的“埃里克”以及日本生物学家西村诚发明的“学习天生”成为世界上首批人形机器人；

•1960年，Miomir Vukobratović提出了零矩点（ZMP）稳定性理论，为人形机器人发展奠定了重要基础，日本早稻田大学的加藤一郎（Ichiro Kato）大约在同一时间开发了第一个人形静态机器人和后来的动态平衡机器人WABOT；

•2000年，中国国防科技大学发布国内首个人形机器人“先行者”；

•2016年，Neurorobotics Robot Designer平台建立，旨在创建有大脑的机器人；

•2018年起，优必选、特斯拉、小米、Sanctuary AI等企业均推出了自己的人形机器人产品；

•2023年，GPT等AI大模型的出现有望作为人类与机器人沟通桥梁，提升“具身人工智能”最佳载体的人形机器人自主规划、决策、行动能力。

人形机器人发展历经百年，中日美英当前均有布局

✓ 人形机器人产品陆续推出，优必选商业化进程领先

21世纪以来，国内外机器人公司陆续推出各自人形机器人产品。本田自2000年起，先后发布三代ASIMO人形机器人，用于展示公司技术实力和进行相关技术实验；美国波士顿动力的Atlas是知名度极高的先进动力机器人代表，其前身PETMAN人形机器人研发目的是替代人类去测试危险化学环境下的新型防护设备的可靠性。Atlas作为研究平台，造价高昂，亦非商业化产品。日本软银的Pepper自2014年以来累计生产2.7万台，应用于教育、医疗、生活服务等场景，已于2020年停产。优必选的Walker作为中国首个商业化双足真人尺寸人形机器人，已在迪拜世博会中国馆、沙特NEOM新未来城、中国科学技术馆等场景应用落地。

目前已推出主要人形机器人参数对比

✓ 国内代表性人形机器人产品—小米、优必选、傅利叶

国内人形机器人持续发力，小米、优必选、傅利叶相继推出最新产品

• 小米推出机器人“铁大”，成本较高尚无法量产。2022年8月，小米发布公司首个全尺寸人形仿生机器人CyberOne。CyberOne高177厘米，重52kg，自由度21个。CyberOne 配备 Mi-Sense视觉空间系统模块，8米内深度信息精度达1%；可识别85种环境语义和6类45种人类情感。雷军表示，铁大还需要漫长时间去学习完善，目前一台机器人的成本高达六七十万，尚无法量产。

小米首个全尺寸人形仿生机器人CyberOne

• 优必选科技人形机器人产品五年四次迭代。2016年，优必选发布双足仿人服务机器人原型机，经历五年四次迭代，在2021年推出最新人形服务机器人产品Walker X。 Walker X高130厘米，重63kg，自由度41个，能够实现复杂地形自适应平稳快速行走，具备多模态情感交互仿人共情表达能力。优必选CTO熊友军表示，Walker正按照规划推进商业化应用，最终的目标是走入家庭。

优必选人形服务机器人产品五年四次迭代

• 傅利叶推出第一款通用人形机器人GR-1，将于23年底量产。7月6日，国内康复机器人头部企业傅利叶智能在2023世界人工智能大会发布第一款通用人形机器人GR-1，GR-1高165厘米，重55kg，全身自由度达40个。傅利叶创始人顾捷表示GR-1将在2023年底正式量产发售。

傅利叶智能最新发布的人形机器人GR-1

✓ 人形机器人：AI赋能下有望成为最爆款的具身智能

AI下一个浪潮将是“具身智能”，潜在万亿赛道前景广阔。5月16日，NVIDIA（英伟达）创始人黄仁勋表示，下一波人工智能浪潮是“具身人工智能（embodied AI）”。具身人工智能是指有身体并支持物理交互的智能体，能与环境交互感知，自主规划、决策、行动。此前人类依赖手写代码来控制机器人，而进入AIGC时代，GPT等AI大模型有望有效解决这一痛点。

目前已有不少研究者尝试将多模态的大语言模型作为人类与机器人沟通的桥梁。2023年3月，谷歌和柏林工业大学推出的史上最大的视觉-语言模型：PaLM-E，既可理解图像，也能理解并生成语言、执行各种复杂的机器人指令而无需重新训练；2023年4月，微软研究团队展示了多个ChatGPT解决机器人难题的示例。特斯拉的Optimus、波士顿动力的Atlas和Spot、优必选的Walker X等作为“具身人工智能”的理想载体，有望充分受益“机器人+AI”趋势带来的发展机遇。

✓ 工业机器人成本拆解：三大核心零部件占比超70%

伺服器、减速机、控制器是工业机器人三大核心零部件，成本占比超70%。人形机器人产业链的上游为基础原材料以及零部件，中游为机器人本体和系统集成，下游为不同应用场景。《高精度小型化机器人关节的研究》一文表示，参考工业机器人，核心零部件占工业机器人成本超70％，其中减速器、伺服系统、控制器分别占比约36％、24％、12％。考虑到人形机器人相较于传统工业机器人自由度大幅提升，预计减速器、电机成本占比将会更高。

人形机器人产业链梳理

✓ 特斯拉人形机器人结构拆解

特斯拉Optimus机器人身高172cm，体重73kg，全身自由度共28个（不含灵巧手），用电功率静坐/慢走时为100/500W；能够硬拉68公斤，负重20公斤，拥有媲美人类的手和工作能力，可完成在工厂搬运箱、浇水植物、移动金属棒等复杂动作。

• 电动和驱动控制系统方面，Optimus躯干共有28个执行器（不含灵巧手），配备2.3kWh/52V电池组；配有一块特斯拉SOC芯片。

• 关节执行器方面，Optimus全身采用六种标准执行器，包括20Nm/110Nm/180N三种旋转执行器和500N/3900N/8000N三种线性执行器，均具备良好的力和力矩输出能力。

• 感知决策层面，Optimus配备基于FSD系统的Dojo超算平台，搭载有8个特斯拉汽车同款摄像头，具备强感知能力；搭载与Tesla汽车相同芯片，基于全身各部位传感器输入的信号进行行动决策和反馈控制。

特斯拉人形机器人拆解：关节系统

Optimus共有28个身体自由度（不包括灵巧手）：手臂7*2（肩部*3、肘部*1、手腕*3），大腿6*2（髋部*3、膝盖*1、脚踝*2），腰部*2。

关节模组：

• 旋转关节：采用无框电机+谐波减速器+力矩传感器+双编码器+轴承结构，共有14个旋转关节。

• 线性关节：采用无框电机+行星滚柱丝杠+传感器+轴承结构，共有14个线性关节。

灵巧手：采用空心杯电机+行星减速器+齿轮箱+螺纹丝杠+编码器结构。

•6个自由度（拇指*2、其余四指*1），11个关节（拇指*3、其余四指*2）

特斯拉Optimus共有28个身体自由度（不包括灵巧手）

特斯拉Optimus关节模组示意图

旋转关节拆解：无框电机+谐波减速器+传感器+轴承

特斯拉Optimus共有14个旋转执行器，电机+减速器成本占比超44%。根据特斯拉披露的参数推测，特斯拉Optimus全身预计使用14个旋转执行器，由无框电机、谐波减速器、力矩传感器、编码器、角接触轴承、交叉滚子轴承构成，其中无框电机、谐波减速器、力矩传感器占成本比重较大。参考阿里1688网站部分公司的报价，国产无框电机产品单价在1000-2000元左右，谐波减速器2000-5000元左右，力矩传感器500元左右。

特斯拉旋转关节

线性关节拆解：无框电机+行星滚柱丝杠+传感器+轴承

特斯拉Optimus全身预计使用14个线性执行器，行星滚柱丝杠、反向滚柱丝杆是线性关节中价值量占比较高的零部件。特斯拉人形机器人线性关节由无框电机、反式滚珠丝杠和行星滚柱丝杠、力矩传感器、位置传感器（编码器）、球轴承和四点接触球轴承构成。根据特斯拉披露的参数推测，特斯拉Optimus全身预计使用14个线性执行器。线性执行器最多可提升一台九英寸三角钢琴，提升能力优异。行星滚柱丝杠具有高承载能力强、高强度、高精度、寿命长的优势特点，但结构较为复杂，加工难度高，因而在零部件成本中占比较高。参考阿里1688网站部分公司的报价，瑞士ROLLVIS行星滚柱丝杠产品售价在2万元/套左右，国产博特精工相关产品约1900元/套。

灵巧手拆解：空心杯电机+精密行星齿轮箱+螺纹丝杠+编码器