人形机器人系列深度之总览篇：黎明破晓，AI归宿

中航证券人形机器人系列深度之总览篇：黎明破晓，AI归宿

人形机器人：行则将至，量产可期。人形机器人是AI技术落地物理世界的优质载体，近两年通用大模型的发展赋予人形机器人强大的泛化能力，产业进入商业化落地的初级阶段，特斯拉、Open AI、英伟达、三星等科技巨头纷纷入局抢占行业高地。以特斯拉为例，马斯克于2021年提出人形机器人概念机Tesla Bot，2022年推出原型机Optimus，2023年12月推出Optimus-Gen2，相比一代进化显著，感知、大脑、运控能力明显提升。伴随特斯拉Optimus落地，2025年人形机器人将步入量产元年，其应用场景有望经历“汽车工厂应用—制造业开始全面渗透铺开—成熟后走进千家万户”三个阶段。据我们测算，至2030年全球人形机器人需求有望达200万台，对应市场空间超5700亿元。

执行系统：灵活关节，丝杠、电机、减速器是关键。硬件决定人形机器人的运动灵活程度，特斯拉Optimus关节由40个执行器组成，核心零部件包括丝杠、电机、减速器旋转关节、直线关节、灵巧手合计成本占比超过50%，降本诉求下国内产业链更具优势。1）丝杠：用于直线关节，主要种类包括梯形丝杠和滚柱丝杠，常见的加工工艺包括车削、铣削、磨削，其中磨床是粗加工和精加工环节的重要设备；目前成本占比23.4%，降本需求最为迫切。2）电机：无框力矩电机用于旋转关节和直线关节，空心杯电机/无刷有齿槽电机用于灵巧手，电机合计成本占比约8.9%。3）减速器：用于旋转关节，谐波减速器为当前主流方案，部分精度要求较低的关节也可用行星减速器，目前成本占比约4.1%。

感知系统：交互之媒，多传感器综合赋能。传感器是将机器人对内外部环境感知的物理量变换为电量输出的装置，可分为内部传感器和外部传感器，人形机器人核心的传感器包括力矩传感器、视觉传感器、触觉传感器，目前传感器成本占比约24.7%。1）力矩传感器：旋转关节和直线关节应用扭矩传感器，手腕、脚腕可使用六维力矩传感器增加柔顺控制能力。六维力/力矩传感器成本及制造难度远高于单维力矩传感器，早期应用场景以航天领域的空间机械臂为主。2）视觉传感器：特斯拉Optimus采用纯视觉方案，小米、宇树等大多使用多传感器融合方案。3）触觉传感器：特斯拉Optimus-Gen2手部搭配触觉传感器，是相比上一代最大的边际变化之一，有望引领行业新趋势

控制系统：智能“小脑”，核心算法自研为主。运动控制是指对机械运动部件的位置、速度、方向等进行实时控制，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。一般控制器需要根据机器人的任务场景与需求具体设计开发，需要满足低功耗、高算力、高集成度等要求，目前各家人形机器人场景应用多样，且算力需求存在差异，因此控制器以自研为主。

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