人形機器人是一種擁有人形外觀、具備人類特征，以代替或輔助人類工作的機器人產(chǎn)品，主要包括智能感知部分如芯片，傳感器及軟件控制系統(tǒng)；執(zhí)行運動機構(gòu)主要是軀體的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、線性機構(gòu)和靈巧手機構(gòu)等；結(jié)構(gòu)功能件部分如身體骨架外殼，電池、通信及相關(guān)線束器件等。

目前比較出名的人形機器人有如下幾類：

1、本田（日本）/ ASIMO

2、波士頓動力（美國）/ ATLAS

3、優(yōu)必選（中國）/ WALKER

4、軟銀（日本）Pepper/Engineered Arts（英國）Ameca/Agility Robotics（美國）Digit

通過以上典型的機器人了解，我們也對比了核心人形機器人參數(shù)對比如下：

5、隨著小米和特斯拉逐步發(fā)布了各自的人形機器人產(chǎn)品，目前典型三類人形機器人路線對比有如下三類：

隨著ChatGPT的應用逐漸深入，企業(yè)對AI+機器人的布局持續(xù)火熱，就連英偉達黃仁勛也不段發(fā)聲，具人智能是AI的下一個浪潮，在此有必要抽絲剝繭好好探究人形機器人的價值量到底含金幾何，下表是針對以特斯拉optimus人形機器人構(gòu)成和價值量預估（參考國金證券的價值分析）

1、特斯拉optimus人形機器人部件成本預估

2，主要機構(gòu)功能說明

1）旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)

特斯拉Optimus全身預計使用14個旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，由無框電機、諧波減速器、力矩傳感器、編碼器、角接觸軸承、交叉滾子軸承構(gòu)成，其中無框電機、諧波減速器、力矩傳感器占成本比重較大。參考阿里1688網(wǎng)站部分公司的報價，國產(chǎn)無框電機產(chǎn)品單價在1000-2000元左右，諧波減速器2000-5000元左右，力矩傳感器500元左右。

2）線性關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)

特斯拉人形機器人線性關(guān)節(jié)由無框電機、反式滾珠絲杠和行星滾柱絲杠、力矩傳感器、位置傳感器（編碼器）、球軸承和四點接觸球軸承構(gòu)成。 根據(jù)特斯拉披露的參數(shù)推測，特斯拉Optimus全身預計使用14個線性執(zhí)行器。線性執(zhí)行器最多可提升一臺九英寸三角鋼琴，提升能力優(yōu)異。行星滾柱絲杠具有高承載能力強、高強度、高精度、壽命長的優(yōu)勢特點，但結(jié)構(gòu)較為復雜，加工難度高，因而在零部件成本中占比較高。參考阿里1688網(wǎng)站部分公司的報價，瑞士ROLLVIS行星滾柱絲杠產(chǎn)品售價在2萬元/套左右，國產(chǎn)博特精工相關(guān)產(chǎn)品約1900元/套。

3）手部執(zhí)行機構(gòu)

靈巧手采用六電機布局方式：大拇指采用雙電機用于驅(qū)動彎曲和側(cè)擺，其余四根手指各安裝一個電機用于驅(qū)動動作。因此，Optimus雙手共有12個執(zhí)行器，算上其他部位，特斯拉機器人全身執(zhí)行器數(shù)量為40個。

空心杯電機是靈巧手的核心部件?？招谋姍C具有尺寸小、功率低、控制性能好、穩(wěn)定性高等特點，是典型的微特電機?？招谋姍C能夠滿足人形機器人靈巧手的設(shè)計和技術(shù)要求。

3，核心功能部件分析

1）控制電機

空心杯電機與無框力矩電機是人形機器人常用零部件，空心杯電機是采用了空心杯繞線技術(shù)的直流有刷或者直流無刷電機，屬于伺服電機的一種，適用于靈巧手；無框力矩電機是一種無框架式的無刷永磁同步電機，適用于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和線性關(guān)節(jié)。

無框力矩電機：用于旋轉(zhuǎn)/線性關(guān)節(jié)，此前已應用于協(xié)作機器人

無框力矩電機相較于傳統(tǒng)電機沒有軸、軸承、外殼或端蓋，只有轉(zhuǎn)子和定子。轉(zhuǎn)子通常是內(nèi)部部件，由帶永磁體的旋轉(zhuǎn)鋼圓環(huán)組件構(gòu)成，直接安裝在機器軸上。定子是外部部件，齒輪外部環(huán)繞鋼片和銅繞組，以產(chǎn)生緊密攀附在機器殼體內(nèi)的電磁力。無框力矩電機具有結(jié)構(gòu)緊湊、單位扭矩大、易維護、靜音等優(yōu)勢。

無框力矩電機已在協(xié)作機器人應用，國內(nèi)步科股份居于領(lǐng)先地位。美國科爾摩根是無框電機領(lǐng)域龍頭。國內(nèi)企業(yè)步科股份較早開展無框力矩電機產(chǎn)品研究，目前公司第三代無框力矩電機產(chǎn)品可以對標國際領(lǐng)先產(chǎn)品，部分型號具備一定優(yōu)勢。昊志機電開發(fā)的無框力鉅電機的力矩控制、過載能力等性能優(yōu)秀，顯著加強機器人力矩控制和負載水平能力，國產(chǎn)廠家已有成品具備一定競爭實力。

空心杯電機

空心杯電機在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用了無鐵芯轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，同時取消沖片齒槽結(jié)構(gòu)和鐵芯的設(shè)計減少了電機運行時的磁阻力矩，降低了輸出轉(zhuǎn)矩波動，使空心杯電機具有低能耗、高效率、高穩(wěn)定性和控制性的特點，加上其尺寸小結(jié)構(gòu)緊湊，常用于機器人靈巧手部位。

空心杯電機分為有刷和無刷空心杯2種，無刷因噪音小、壽命長、易維護等特點是趨勢。

2）減速機

機器人關(guān)節(jié)減速器的工作原理是利用齒輪傳動的原理，將電機的高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為機器人關(guān)節(jié)的低速高扭矩旋轉(zhuǎn)。具體來說，機器人關(guān)節(jié)減速器由輸入軸、輸出軸、齒輪組、殼體等部分組成。電機通過輸入軸帶動齒輪組旋轉(zhuǎn)，齒輪組中的輪逐級傳動，最終帶動輸出軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)機器人關(guān)節(jié)的運動。

精密減速器可劃分為諧波減速器、RV 減速器、精密行星減速器

諧波齒輪減速機各廠商市占率圖示

行星減速機各廠商市占率圖示

2021年RV減速機對應國內(nèi)市場占有率圖示

3）行星滾柱絲杠

行星滾柱絲杠主要依靠多個滾柱與絲杠、螺母之間的螺紋嚙合傳動來傳遞動力，具有承載能力強、軸向剛度大、傳動效率高、使用壽命長、動態(tài)性能好、適用性強和安裝維護方便、自鎖性能好等諸多優(yōu)點。

國外行業(yè)巨頭瑞典SKF、瑞士Rollvis、德國Schaeffler、瑞士GSA等公司已經(jīng)形成了相對成熟的行星滾柱絲杠產(chǎn)品系統(tǒng)，并在精度等級、潤滑維護、應用平臺等方面形成了理論體系，基本在行星滾柱絲杠領(lǐng)域形成了技術(shù)壟斷，國內(nèi)以鼎智科技、秦川機床等為代表的國內(nèi)企業(yè)已具備小規(guī)模的生產(chǎn)研發(fā)能力。

4）軸承

角接觸球軸承和交叉滾子軸承是人形機器人關(guān)節(jié)的常用軸承。

角接觸球軸承的主要特點是在其構(gòu)造中使用了球形滾動物來支撐軸承的旋轉(zhuǎn)，并且球和內(nèi)外圈之間的接觸點是角接觸點。角接觸球軸承可同時承受徑向負荷和軸向負荷，能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。

交叉滾子軸承具有獨特的結(jié)構(gòu)，滾子垂直排列并以90度相互交叉，它們之間裝有墊片或分離器以防止傾斜、摩擦或鎖定，可以有效降低旋轉(zhuǎn)扭矩。交叉滾子軸承具有高精度、高剛性、大承載、小空間的特點，被廣泛用于搬運機器人、精密機床、工業(yè)機械等領(lǐng)域。

國內(nèi)廠商力星股份是我國軸承滾動體領(lǐng)先制造商，五洲新春是知名軸承制造企業(yè)，已為部分國內(nèi)機器人減速器廠商送樣。

5）傳感器

傳感器是一種檢測裝置，能夠感受被測量的信息并將其轉(zhuǎn)化成可用的信息輸出。傳感器之于機器人相當于人類各感知器官，機器人通過各類傳感器識別內(nèi)外部信息，并作出判斷和下一步動作。

傳感器按檢測對象可劃分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)部傳感器用以感知機器人的內(nèi)部狀態(tài)，包括位置傳感器、速度傳感器、力傳感器和平衡傳感器。外部傳感器用于測量機器人外部環(huán)境及狀態(tài)，包括視覺傳感器、觸覺傳感器、聽覺傳感器、嗅覺傳感器和味覺傳感器

作為記錄和學習的第一階段匯總?cè)缟腺Y料，關(guān)于各類型部件的行業(yè)公司和投資價值分析請參考后續(xù)文章

注釋說明：

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