計算機-關(guān)注人形機器人驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展

1告計算機告計算機華泰研究專題研究增增持(維持)計算機擎天柱原型機器人發(fā)布，關(guān)注人形機器人驅(qū)動系統(tǒng)迭代2022年10月1日，馬斯克在特斯拉人工智能日上發(fā)布“擎天柱(Optimus)”原型機，從電源系統(tǒng)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多個角度進行了展示。本報告將聚焦原型機的電源和驅(qū)動系統(tǒng)，分析電源的參數(shù)特點，并對驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計思路、評估優(yōu)化算法、共性分類理念進行解析。通過與其他人形機器人驅(qū)動系統(tǒng)比較，我們認為，以特斯拉驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)高自由度為契機，有望推動人形機器人行業(yè)驅(qū)動系統(tǒng)進一步迭代發(fā)展。電源模組：或直接采用特斯拉汽車電池“擎天柱”軀體中央內(nèi)置有2.3kWh的電池組，工作電壓為52V，能支持人形機器人工作一整天。該電池組基于特斯拉汽車和能源產(chǎn)品技術(shù)積累，在單PCB板上集成了所有電池相關(guān)電子器件，覆蓋電力感知、充電管理和功率分布等功能。特斯拉未公布使用的電池情況，但從效果圖來看，或采用自研的4680電池。該電池有無極耳、硅負極、無鈷等技術(shù)加持，預(yù)計在2022年底前實現(xiàn)量產(chǎn)。同時，為了適應(yīng)未來機器人電源模組擴大、工作功率提高等需求，特斯拉或?qū)⑵湓诔売嬎銠CDOJO中研發(fā)的電壓調(diào)節(jié)模塊用于機器人電源系統(tǒng)中，解決熱膨脹導致的電池模組形變問題?；谠u估優(yōu)化與共性分類的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計擎天柱直接借鑒了特斯拉汽車的動力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計，基于評估優(yōu)化的方法確定了全身28個驅(qū)動器的設(shè)計參數(shù)。為實現(xiàn)低成本量產(chǎn)，特斯拉通過共性分性驅(qū)動器。其中，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動器基于無框力矩電機+諧波減速器，規(guī)格為20Nm/110Nm/180Nm和0.55kg/1.62kg/2.26kg，采用無框電機+諧波減速器方案，配備輸入、輸出位置傳感器和非接觸式力矩傳感器；線性驅(qū)動器規(guī)格為500N/3900N/8000N和0.36kg/0.93kg/2.20kg，基于無框電機+行星絲杠方案，配備了位置傳感器以及力傳感器。機器人驅(qū)動：電機驅(qū)動的多自由度人形機器人是行業(yè)主流本田ASIMO機器人是典型的電機驅(qū)動人形機器人，全身自由度高達57個，能夠完成“開杯蓋、倒水”等精細動作；波士頓動力的Atlas機器人是高動態(tài)運動機器人的代表，采用單位能量輸出密度水平更高的液壓驅(qū)動，可通過3D打印技術(shù)進一步減少部件體積，強化運動能力，但手部自由度欠缺，無法完成精細動作；小米CyberOne形態(tài)酷似特斯拉機器人，同樣采用電機驅(qū)動，關(guān)節(jié)最大峰值扭矩300Nm，全身自由度21，但手部自由度欠佳；優(yōu)必選Walkerx由伺服電機驅(qū)動，全身自由度高達41，參數(shù)方面與擎天柱十分接近，但2小時的續(xù)航能力較為一般。低成本實現(xiàn)了高自由度驅(qū)動系統(tǒng)，靈活度有望加速提升與其他人形機器人相比，擎天柱突出優(yōu)勢在于成本低、可量產(chǎn)。比較看，驅(qū)動系統(tǒng)方面，擎天柱全身自由度約為50，已處于行業(yè)上游水平；電源方面，目前可支持機器人一整天的運作；運用場景方面，以工廠、物流和家居工作環(huán)境為主，對高動態(tài)運用需求不大。除優(yōu)必選Walkerx同樣以低成本量產(chǎn)為目標外，特斯拉機器人具有較為明顯的成本優(yōu)勢和明確的使用場景。風險提示：技術(shù)進步不及預(yù)期，下游需求不及預(yù)期，經(jīng)濟弱復(fù)蘇不及預(yù)期疊加疫情影響。本報告中涉及的公司/個股內(nèi)容系公開信息整理，不代表本研究團隊對該公司或股票的推薦或覆蓋。研究員SACNo.S0570519080006SFCNo.BQZ938聯(lián)系人SACNo.S0570122080053春生xiechunsheng@+(86)2129872036yuanzeshi@+(86)2128972228行業(yè)走勢圖計算機滬深300(%)(1)(12)(22)(33)Oct-21Feb-22Jun-22Sep-22資料來源：Wind，華泰研究基于2022年10月1日特斯拉在人工智能日上發(fā)布的“擎天柱(Optimus)”原型機情況，我們認為，現(xiàn)階段特斯拉的人形機器人具有以下特點：特點#1：設(shè)計思路服務(wù)于大規(guī)模量產(chǎn)。馬斯克在2022年10月1日的人工智能日的演講中宣布，2萬美元以內(nèi)的量產(chǎn)價格是特斯拉“擎天柱”機器人的目標，因此，“擎天柱”所有的硬件設(shè)計和開發(fā)流程設(shè)計都圍繞該目標定位：研發(fā)角度，借鑒車企研發(fā)流程，大量復(fù)用特斯拉汽車現(xiàn)有技術(shù)，包括自動駕駛、電池、散熱、超算平臺等；技術(shù)角度，采用軌跡規(guī)劃、全身動力學控制動作模仿等基礎(chǔ)的算法，進一步降低研發(fā)和量產(chǎn)成本，同時為未來開發(fā)奠定一定基礎(chǔ)；智能角度，特斯拉從自動駕駛中積累了大量數(shù)據(jù)，以及視覺導航和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架等技術(shù)，有助于機器人未來“增智演進”。反觀已有的波士頓動力和ASIMO等典型人形機器人，雖然在仿形和動作方面領(lǐng)先于特斯拉，但卻因成本原因無法實現(xiàn)量產(chǎn)。特點#2：從智能到本體的逆常規(guī)路線。據(jù)中國機器人網(wǎng)信息，人形機器人賽道已形成了人形機器人廠商、車企以及家用電子廠商“三足鼎立”局面，其中機器人廠商探索技術(shù)高點，家用電子廠商通過人形機器人來加強其家電生態(tài)，而車企則圍繞系統(tǒng)集成、嚴格降本的思路，針對性的研制特定場景使用的機器人。其中的技術(shù)路徑又可分為兩條：一是“本體—技能—智能”的自下而上常規(guī)路線，例如國內(nèi)很多大學在機器人研發(fā)早期都是先基于僅有兩條腿的機械本體，逐漸增加手臂等功能性部位，最后考慮智能化；而特斯拉采用了“智能—本體—技能”的逆常規(guī)路線，這與前期特斯拉在無人駕駛、控制技術(shù)上的深耕有關(guān)，也符合其降低成本、大規(guī)模量產(chǎn)的思路。資料來源：中國機器人網(wǎng)、華泰研究特點#3：應(yīng)用場景貼近人類實際工作和生活。特斯拉分別進行了擎天柱原型機工廠裝配、重物搬運和照看植被的功能演示，實際上分別對應(yīng)了工廠、物流和家庭服務(wù)場景，貼近人類實際工作和生活。相比之下，工廠中物料、環(huán)境等數(shù)據(jù)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫信息，使得該場景下比開放式場景動態(tài)任務(wù)實現(xiàn)難度更低，因此人形機器人的落地更有可能會在半結(jié)構(gòu)化的工廠里率先實現(xiàn)。物流配送與家庭服務(wù)場景應(yīng)用則需要更長時間，但其受眾將更加廣闊。半結(jié)構(gòu)化場景下機器人的布局，并形成對通用AI及相關(guān)場景解決方案的數(shù)據(jù)反饋；2030年，通用AI會對通用機器人進行正向反饋，使得人形機器人的進化速度呈現(xiàn)出指數(shù)提升。我們從形態(tài)演變和關(guān)鍵節(jié)點兩個維度復(fù)盤特斯拉機器人發(fā)展情況。形態(tài)演變維度，2021年特斯拉在人工智能日提出特斯拉Bot的概念；2021年2月，特斯拉完成了機器人開發(fā)平臺搭建；2022年人工智能日，特斯拉亮相了能自由走動、未覆蓋外殼的原型機。關(guān)鍵節(jié)點維度，2021年8月，特斯拉發(fā)布了概念機的參數(shù)；2022年2月，特斯拉基于機器人研發(fā)平臺，開始對人型機器人研究、設(shè)計、構(gòu)建、驗證，以及對成本和效率進行優(yōu)化；2022年4月，原型機完成初次步行任務(wù)；2022年6月，原型機持續(xù)優(yōu)化骨盆結(jié)構(gòu)；2022年8月，原型機實現(xiàn)手臂搖擺動作；2022年9月，特斯拉如期發(fā)布了擎天柱原型機，其中未覆蓋外殼版本能夠自由移動，覆蓋外殼版本仍無法自由行走。資料來源：特斯拉人工智能日、華泰研究特斯拉“擎天柱”原型機基本實現(xiàn)了去年特斯拉Bot提出的技術(shù)參數(shù)。與2021年人工智能日宣布的特斯拉Bot相比，今年并未過多提及“擎天柱”基本參數(shù)，但從現(xiàn)場原型機演示可以基本推斷，速度上尚未達到設(shè)計的5MPH(約8km/h)，重量上原型機由于未覆蓋外殼或能達標，但裝上外殼的原型機體型明顯“臃腫”，或亦超過設(shè)計值125LBS。驅(qū)動器方面，去年特斯拉Bot發(fā)布的參數(shù)為40個電機驅(qū)動器，今年原型機上全部實現(xiàn)，但分布略有差異。原型機包括28個關(guān)節(jié)驅(qū)動器和12個手部驅(qū)動器。進一步細分，手臂部位有14個驅(qū)手部單手包含6個驅(qū)動器(11個自由度)，雙手為12個，與去年參數(shù)一致。資料來源：特斯拉人工智能日、華泰研究驅(qū)動系統(tǒng)：或采用特斯拉汽車電池實現(xiàn)機器人供電擎天柱電源模塊位于軀體中央，足夠支撐一天的工作需求。“擎天柱”軀體中央內(nèi)置有2.3kWh的電池組，工作電壓為52V，據(jù)特斯拉工作人員說明，能支持人形機器人工作一整天。該電池組基于特斯拉汽車和能源產(chǎn)品技術(shù)積累，將所有電池相關(guān)電子器件集成到單塊PCB板，包括電力感知(sensing)、熔斷保險(fusing)、充電管理和功率分布等，并采用流線型設(shè)計，以及簡單有效的散熱方式，使得整個電源系統(tǒng)更加高效和安全。特斯拉現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈也為電池模塊的規(guī)?；a(chǎn)提供了保障。此外，為了盡可能降低閑置時的耗能，特斯拉提出開關(guān)控制方式，讓機器人在閑置與工作模式之間進行切換。資料來源：特斯拉人工智能日、華泰研究擎天柱電源模塊或采用特斯拉自研4680電池。發(fā)布會并未明確提出擎天柱電源所使用的電池情況，但根據(jù)電源集成效果圖來看，采用的是圓柱電芯，因此或?qū)⒉捎锰厮估匝?680 (電池直徑為46mm，高度為80mm)電池。特斯拉于2020年發(fā)布了自研的4680電池，該電池擁有無極耳、硅負極、無鈷等技術(shù)的加持。2022年8月，馬斯克在特斯拉股東大會上說明，該電池會在年底前實現(xiàn)量產(chǎn)。此外，按照特斯拉預(yù)想，未來機器人將大規(guī)模進入工廠，屆時特斯拉還可能將快充或換電方案用于機器人，增加機器人靈活度。測試項測試結(jié)果備注備注正極面積容量待測量負極面積容量5.5mAh/cm2(扣電第二圈)雙面為11mAh/cm2總電極面積~330cm*7.2cm=2376cm2大致測量結(jié)果總?cè)萘?1mAh/cm2*2376cm2=26.136Ah總能量26.136Ah(3.7~38V)~96~99Wh估計的平均電壓電芯質(zhì)量355g實驗室電子秤能量密度272Wh/kg~296Wh/kg正極材料高鎳材料，鎳含量約80%測量錯誤率約0.29%資料來源：IT之家網(wǎng)、華泰研究電池散熱技術(shù)是保證未來大功率機器人長時間運行的關(guān)鍵。隨著未來機器人電池容量的加大，或機器人功能的不斷豐富，電池組的散熱問題或?qū)⒆兊檬滞怀?。為了保證高度集成的電源部分不會因熱膨脹而受損，特斯拉亦可將其超級計算機—DOJO中的散熱系統(tǒng)運用到電源模塊。特斯拉專為DOJO設(shè)計了電壓調(diào)節(jié)模塊(VRM)，實現(xiàn)了單個VRM模組在不足25美分硬幣面積的電路上提供超過1000A的電流，并將熱膨脹系數(shù)(CTE)降低54%，在防止電池模組發(fā)生形變的基礎(chǔ)上提升約3倍的電源表現(xiàn)。這一技術(shù)為未來機器人電源模組的進一步擴充奠定了基礎(chǔ)。資料來源：特斯拉人工智能日、華泰研究基于評估優(yōu)化與共性分類的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計特斯拉汽車的動力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計可以借鑒到機器人上。汽車和機器人在動力設(shè)計上有很多相似之處，具體的，汽車的驅(qū)動單元有前后兩個，其作用是實現(xiàn)汽車加速，而機器人有28個關(guān)節(jié)驅(qū)動器，每個關(guān)節(jié)需要執(zhí)行的任務(wù)不像汽車驅(qū)動器那樣明確。因此，特斯拉選取最高頻的機器人動作，包括行走、爬樓梯和抓取重物，生成扭矩和速度軌跡關(guān)系，并利用優(yōu)化模型進行優(yōu)化評估，得到扭矩、速度、輸入功率和累積電量與時間的關(guān)系。重復(fù)上千次試驗，可以得到系統(tǒng)成本與驅(qū)動器質(zhì)量的點云圖，以及帕累托(Pareto)前沿(圖中紅色線勾勒)，該前沿即最優(yōu)解的搜索區(qū)域，紅色“×”代表的位置即特斯拉最終選擇的該關(guān)節(jié)設(shè)計參數(shù)。使用同樣的方法，可以得到另外27個關(guān)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。資料來源：特斯拉人工智能日、華泰研究計如此多參數(shù)特異的驅(qū)動器是不科學和不現(xiàn)實的。因此，特斯拉進一步解析驅(qū)動器點云圖，將28個關(guān)節(jié)通過共性研究方法劃分為6類驅(qū)動器，每種驅(qū)動器都設(shè)計了足夠大輸出力量和扭矩。其中，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動器在高速側(cè)集成有機械離合器，配備了輸入輸出位置和非接觸扭矩傳感器；線性驅(qū)動器的傳動機構(gòu)保證了其效率、緊湊度和耐久度，以此保證機器人的驅(qū)動系統(tǒng)能夠達到人類肌肉的強度。資料來源：特斯拉人工智能日、華泰研究6類驅(qū)動器中，包括3種旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動器和3種線性驅(qū)動器。1)旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動器：基于無框力矩電機+諧波減速器，規(guī)格為20Nm/110Nm/180Nm和0.55kg/1.62kg/2.26kg，采用無框電機+諧波減速器方案，基本上與當前協(xié)作機械臂的關(guān)節(jié)方案高度類似，即無框力矩電機+諧波減速器+高低速雙編碼器+抱閘+力矩傳感器+輸出端交叉滾子軸承。傳感器方面，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動器配備了輸入和輸出位置傳感器，以及非接觸式力矩傳感器。2)線性驅(qū)動器：規(guī)格為500N/3900N/8000N和0.36kg/0.93kg/2.20kg，基于無框電機+行星絲杠方案，利用行星絲杠的自鎖能力將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為線性。該方案和當前各大人形機器人廠家的關(guān)節(jié)性能類似，擁有優(yōu)秀的力輸出能力，據(jù)特斯拉人工智能日演示，線性驅(qū)動器能夠抬起半噸重的鋼琴，但這種設(shè)計同時犧牲了部分輸出速度性能。傳感器方面，線性驅(qū)動器配備了位置傳感器以及力傳感器。資料來源：特斯拉人工智能日、華泰研究度驅(qū)動系統(tǒng)#1：本田ASIMO。ASIMO研發(fā)路徑是典型的“本體—技能—智能”模式。1986年，代號為E0的雙腿平衡機器人誕生，首次運用了雙足步行的原理，根據(jù)直線的靜態(tài)步行進行移動E經(jīng)達到了4.7公里/小時；1996年P(guān)2問世，是世界上首個類人智能雙足步行機器人；2000年10月，仿IMO并能夠?qū)崿F(xiàn)倒退走、單腳跳躍、雙腳跳躍、上下樓梯和踢足球等復(fù)雜運動；2017年，推出新一代人形機器人E2-DR，身高168cm，體重85kg，全身總共33個關(guān)節(jié)，面對不同地形采用相應(yīng)的行走模式，可以變形成大猩猩模式通過路障和豎直樓梯，也可以匍匐前進通過狹小低矮空間，具有很強的環(huán)境適應(yīng)能力。ASIMO驅(qū)動方式與特斯拉機器人類似，靈活度或更強。本田ASIMO擁有57個自由度，其中頭部有3個自由度、軀干有2個自由度、單臂有7個自由度、單手有13個自由度、單擁有高性能小型多指手，手掌內(nèi)置了接觸傳感器，5指分別內(nèi)置力量傳感器，可對各手指單獨進行控制，可以完成“一只手拿起瓶子旋開瓶蓋，另一只手拿起柔軟的紙杯，在不將紙杯握變形的情況下，將瓶中的液體倒入紙杯之中”的精細操作，從特斯拉發(fā)布會情況看，擎天柱目前最精細的工作是拿起水壺澆花，與ASIMO相比尚有差距。資料來源：本田官網(wǎng)、華泰研究成本是致命傷，無法量產(chǎn)最終導致退役。本田公司原本希望ASIMO能實現(xiàn)量產(chǎn)，進入千家萬戶照顧老年人。但ASIMO價格昂貴，造價高達300-400萬美元，且功能過于簡單，也無法進行語境對話。2022年3月底本田公司選擇讓ASIMO退役。目前只有少數(shù)地方，如本田公司的青山總部大廈、日本科學未來館等地才能見到真容，且ASIMO租金十分昂貴，約200萬日元/天(約合12萬人民幣/天)、2000萬日元/年(約合120萬人民幣/年)。相比之下，特斯拉2萬美元之內(nèi)的擎天柱成本優(yōu)勢更加顯著，更容易被普通大眾所接受。#2：波士頓動力Atlas。波士頓動力專注開發(fā)一系列動態(tài)高機動性機器人。2009年，公司開始研發(fā)PETMAN人形機器人，主要用于測試個人防護裝備在危險化學環(huán)境中對人的影響。Atlas亮相，2013年7月正式向公眾公開。此時Atlas機器人身高188cm，體重150kg，其設(shè)計目的是為了搜索和救援任務(wù)。2016年，波士頓動力在視頻網(wǎng)站上發(fā)布了新一代的Atlas機器人，身高175cm，體重81.6kg。2018年，波士頓動力進一步對機器完成快速小跑、三級跳、后空翻和空中體操等一些復(fù)雜動作。2021年8月，Atlas已經(jīng)能夠流暢進行“跑酷”，是目前在運動方面最接近人類的人形機器人。液壓驅(qū)動的Atlas運動能力超群，但手部靈活度不及特斯拉人形機器人。Atlas液壓驅(qū)動的方式，單位能量輸出密度更大，使得其運動能力遠超電機驅(qū)動的特斯拉機器人，且利用3D打印技術(shù)能夠?qū)⒘悴考w積進一步縮小，甚至實現(xiàn)將伺服閥、執(zhí)行器、液壓管路完全嵌入四肢部件。Atlas全身28個自由度，其中單腿3個自由度、單腳踝2個自由度、腰腹2個自由度、單臂6個自由度、腕部和機械手各1個自由度，均由液壓驅(qū)動，可以輕易實現(xiàn)各種高難度動作，包括垂直起跳、跨越障礙、后空翻等動作，這是同體積電機驅(qū)動機器人難以完成的。但是Atlas手部的自由度幾乎為0，可以說完全放棄了“精細活”這一技能點，目前也無法實現(xiàn)特斯拉機器人工廠裝配、重物搬運和照看植被等功能。資料來源：波士頓動力官網(wǎng)、華泰研究與特斯拉機器人應(yīng)用場景大相徑庭。波士頓動力自從MIT分離后，一直從事軍事項目的研發(fā)工作，為美國國防部、美國陸軍部隊、海軍部隊和海軍陸戰(zhàn)隊提供軍用機器人及相關(guān)技術(shù)咨詢服務(wù)，其產(chǎn)品聚焦模擬人類快速運動、負重等行為，應(yīng)用方向也主要是國防任務(wù)測試和極端環(huán)境救援等領(lǐng)域，而非服務(wù)場景，且Atlas僅物料成本就超過10萬美元。相比之下，特斯拉機器人應(yīng)用場景更加廣泛，成本優(yōu)勢更加明顯，兩者走了截然不同的發(fā)展路線。#3：小米CyberOne。小米先于特斯拉發(fā)布自研全尺寸人形機器人。2022年8月11日，小米在秋季新品發(fā)布會上搶先特斯拉公布了首款全尺寸人形仿生機器人CyberOne。CyberOne是繼去年小米仿生四足機器人Cyberdog后的又一Cyber系列機器人成員，身高177cm，體重52kg，采用MiSense視覺空間系統(tǒng)和獨特音頻算法，能感知6類45種人類語義情緒，分辨85種環(huán)境語義。驅(qū)動系統(tǒng)方面，搭載小米自研全身控制算法，全身共5種關(guān)節(jié)，可協(xié)調(diào)21個全身自由度，同樣采用電機驅(qū)動，關(guān)節(jié)最大峰值扭矩300Nm，與特斯拉擎天柱旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動器的20Nm/110Nm/180Nm相比有峰值優(yōu)勢，但全身自由度比擎天柱 (手部11自由度+28個驅(qū)動器)遜色不少。尤其是手部，CyberOne采用的是“夾子”型的手掌結(jié)構(gòu)，自由度比擎天柱手部11個相去甚遠。此外，CyberOne的成本高達60-70萬元，使用場景較為模糊，尚不能實現(xiàn)量產(chǎn)，且多項關(guān)鍵技術(shù)有待突破。資料來源：小米官網(wǎng)、華泰研究#4：優(yōu)必選Walker。優(yōu)必選Walkerx靈活度與特斯拉人形機器人相近，驅(qū)動方式相似。Walkerx度分布：單腿6個自由度、單臂7個自由度、單手6個自由度、頸部3個自由度。采用伺服電機驅(qū)動，伺服關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩為4.5Nm-200Nm，轉(zhuǎn)速為30rpm-90rpm，最大能夠?qū)崿F(xiàn)3km/h的行走速度，可以在20°斜坡行走并實現(xiàn)坡度實時自適應(yīng)，在15cm高度的臺階上下樓梯以及在3cm不平整地面穩(wěn)定行走。算法方面，采用U-SLAM視覺導航技術(shù)，實現(xiàn)自主規(guī)劃路徑；基于深度學習的物體檢測與識別算法、人臉識別等，可以在復(fù)雜環(huán)境中識別人臉、手勢、物體；升級手眼協(xié)調(diào)等AI和機器人集成技術(shù)，可提供更加精準靈活的服務(wù)。電源方面，采用了便攜可拆卸鋰電池，電池參數(shù)54.6V/10Ah/3.6kg，充電時間2小時，使用(綜合工況)時長2小時，續(xù)航能力與特斯拉擎天柱相比較為一般。降成本與擴場景理念與特斯拉類似。WalkerX是全世界第一款把成本做到10萬美金的大型仿人機器人。通過自主研發(fā)，優(yōu)必選替換了海外采購單價高達1萬美元的機器人核心零部件—關(guān)節(jié)舵機，大大降低了整個機器人成本。使用場景方面，特斯拉擎天柱能夠覆蓋工廠、物流和家庭服務(wù)場景，與優(yōu)必選主打服務(wù)型機器人的路線也有相似之處。目前，優(yōu)必選WalkerX已覆蓋科技展館、影視綜藝、商演活動、政企展廳等商用服務(wù)場景，以及運動控制、機器視覺、定位導航等科研開發(fā)場景。資料來源：優(yōu)必選官網(wǎng)、華泰研究自由度驅(qū)動系統(tǒng)自由度與關(guān)節(jié)驅(qū)動器數(shù)量相關(guān)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機器人的自由度數(shù)。自由度(DegreesofFreedom，DoF)是物體能夠相對于坐標系進行獨立運動的數(shù)目，例如，剛體具有6個自由度，分別為3個旋轉(zhuǎn)自由度R1、R2、R3和3個平移自由度T1、T2、T3。機器人的自由度是指確定機器人手部在空間位置和姿態(tài)時所需要的獨立運動參數(shù)的數(shù)目，也就是機器人具有獨立坐標軸運動的數(shù)目。機器人自由度取決于其可運動的關(guān)節(jié)數(shù)，而關(guān)節(jié)個數(shù)通常即為機器人的自由度數(shù)。關(guān)節(jié)數(shù)越多，自由度越高，運動精準度也越出色，同時需要的伺服電機數(shù)量相對較多。但自由度并非多多益善，而應(yīng)結(jié)合實際的使用場景設(shè)置合適的值，過多的自由度會帶來控制和算法難度的提升。以工業(yè)機器人為例，其自由度數(shù)取決于作業(yè)目標所要求的動作。對于只進行的機器人，有3個自由度就夠了。如果執(zhí)行器需要具有任意的位姿，機器人至少需要有6個自由度。如果機器人需要回避障礙，則需要6個以上的自由度。機器人常用的自由度數(shù)一般為5~6個，手指的開合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。機器人的操作臂用于調(diào)整末端執(zhí)行器在空間的位置，一般具有3個自由度。資料來源：《機器人驅(qū)動與控制及應(yīng)用實例》，黃志堅(2016，ISBN：9787122264152)、《工業(yè)機器人設(shè)計及控制》，李慧(2021，ISBN：978-7-122-37841-5)、華泰研究擎天柱的全身自由度處在業(yè)界上游水平，手部自由度較為出眾。從特斯拉披露的參數(shù)看，擎天柱擁有28個關(guān)節(jié)驅(qū)動器和6個手部驅(qū)動器(對應(yīng)11個自由度)，因此，擎天柱的全身自由度應(yīng)至少為50(28+11*2)個，從目前市場中人型機器人全身自由度的數(shù)量一般在20~50個看，處于業(yè)界上游水平。自由度在機器人全身的分布情況與機器人的適用場景也存在強相關(guān)，如本田的Asimo全身自由度為57，其中手部有26個自由度，幾乎占到全部自由度的一半，以此適應(yīng)精細的手部動作；而波士頓動力Atlas全身擁有28個自由度，但手部幾乎沒有自由度分布，這與Atlas以運動性能為主的理念是相適應(yīng)的。尺寸人形機器人名稱尺寸人形機器人名稱頭部手臂手部臀臀部腿部合合計頭部手臂手部臀部腿部合計DARwIn-OP2606620ASIMO32621257ROBOTICS-OP32606620HRP-449844NAO225625REEM-C2388668兒童尺寸PoppyIgusiCubARCSurenamini226228668000096967666662520532023成人尺寸AtlasHUBO+LolaNimbro-OP2IRC21222666020006766666662830242020資料來源：《Acomprehensivesurveyonhumanoidrobotdevelopment》，Saeedvand(2019)、華泰研究低成本量產(chǎn)或是特斯拉機器人落地應(yīng)用的最大優(yōu)勢。通過研究國內(nèi)外典型的人形機器人發(fā)展情況，我們發(fā)現(xiàn)，成本是決定人形機器人能否實現(xiàn)大規(guī)模落地應(yīng)用的關(guān)鍵因素。例如高自由度的ASIMO，盡管自身素質(zhì)和能力已相當完善，甚至能完成類似人類的精細動作，但300-400萬美元的造價決定了其完全無法量產(chǎn)，技術(shù)無法得到大規(guī)模應(yīng)用，只能被本田“下線”；運動能力超群的Atlas僅物料成本也已超10萬美元，且其運用場景與人類工作場景存在差距，目前也無法實現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用；小米CyberOne的成本也在60-70萬元之間，且目前無法量產(chǎn)。相比之下，優(yōu)必選的成本控制戰(zhàn)略與特斯拉更為接近，特斯拉機器人在量產(chǎn)方面優(yōu)勢較為明顯。機器人名稱機器人公司成本Optimus(擎天柱)特斯拉數(shù)百萬產(chǎn)量的規(guī)模將成本控制在2萬美元以內(nèi)ASIMO本田57造價高達300-400萬美元，租金高達約12萬人民幣/天、120萬人民幣/年Atlas波士頓動力28僅物料成本就超過10萬美元CyberOne小米2160-70萬人民幣，尚無法量產(chǎn)Walkerx優(yōu)必選41通過自主替代的方式大大降低了機器人成本資料來源：特斯拉官網(wǎng)、本田官網(wǎng)、波士頓動力官網(wǎng)、小米官網(wǎng)、優(yōu)必選官網(wǎng)、華泰研究公司代碼公司簡稱公司簡稱TSLAUS特斯拉HMCUS本田汽車未上市波士頓動力1810HK小米集團未上市優(yōu)必選資料來源：Bloomberg、華泰研究提示技術(shù)進步不及預(yù)期。人形機器人涉及軟硬件等多方面技術(shù)，橫跨多個細分行業(yè)及領(lǐng)域，若相關(guān)技術(shù)進步不及預(yù)期，可能導致人形機器人的功能無法達到預(yù)想的水平，產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度可能受到影響。下游需求不及預(yù)期。人形機器人目前成本較高，若下游支付能力較弱的企業(yè)以及普通家庭對于人形機器人的需求不及預(yù)期，可能導致產(chǎn)業(yè)增長速度慢于預(yù)期，影響相關(guān)企業(yè)的收入增長節(jié)奏。經(jīng)濟弱復(fù)蘇不及預(yù)期疊加疫情影響。國內(nèi)疫情持續(xù)多點散發(fā)，疊加房地產(chǎn)等經(jīng)濟下行因素，給中國經(jīng)濟復(fù)蘇增加了不確定性，可能從宏觀層面影響機器人相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和落地速度。本報告中涉及的公司/個股內(nèi)容系公開信息整理，不代表本研究團隊對該公司或股票的推薦覆蓋。分析師聲明本人，謝春生，茲證明本報告所表達的觀點準確地反映了分析師對標的證券或發(fā)行人的個人意見；彼以往、現(xiàn)在或未來并無就其研究報告所提供的具體建議或所表迖的意見直接或間接收取任何報酬。一般聲明及披露本報告由華泰證券股份有限公司(已具備中國證監(jiān)會批準的證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，以下簡稱“本公司”)制作。本報告所載資料是僅供接收人的嚴格保密資料。本報告僅供本公司及其客戶和其關(guān)聯(lián)機構(gòu)使用。本公司不因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告基于本公司認為可靠的、已公開的信息編制，但本公司及其關(guān)聯(lián)機構(gòu)(以下統(tǒng)稱為“華泰”)對該等信息的準確性及完整性不作任何保證。本報告所載的意見、評估及預(yù)測僅反映報告發(fā)布當日的觀點和判斷。在不同時期，華泰可能會發(fā)出與本報告所載意見、評估及預(yù)測不一致的研究報告。同時，本報告所指的證券或投資標的的價格、價值及投資收入可能會波動。以往表現(xiàn)并不能指引未來，未來回報并不能得到保證，并存在損失本金的可能。華泰不保證本報告所含信息保持在最新狀態(tài)。華泰對本報告所含信息可在不發(fā)出通知的情形下做出修改，投資者應(yīng)當自行關(guān)注相應(yīng)的更新或修改。本公司不是FINRA的注冊會員，其研究分析師亦沒有注冊為FINRA的研究分析師/不具有FINRA分析師的注冊資華泰力求報告內(nèi)容客觀、公正，但本報告所載的觀點、結(jié)論和建議僅供參考，不構(gòu)成購買或出售所述證券的要約或招攬。該等觀點、建議并未考慮到個別投資者的具體投資目的、財務(wù)狀況以及特定需求，在任何時候均不構(gòu)成對客戶私人投資建議。投資者應(yīng)當充分考慮自身特定狀況，并完整理解和使用本報告內(nèi)容，不應(yīng)視本報告為做出投資決策的唯一因素。對依據(jù)或者使用本報告所造成的一切后果，華泰及作者均不承擔任何法律責任。任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。除非另行說明，本報告中所引用的關(guān)于業(yè)績的數(shù)據(jù)代表過往表現(xiàn)，過往的業(yè)績表現(xiàn)不應(yīng)作為日后回報的預(yù)示。華泰不承諾也不保證任何預(yù)示的回報會得以實現(xiàn)，分析中所做的預(yù)測可能是基于相應(yīng)的假設(shè)，任何假設(shè)的變化可能會顯著影響所預(yù)測的回報。華泰及作者在自身所知情的范圍內(nèi)，與本報告所指的證券或投資標的不存在法律禁止的利害關(guān)系。在法律許可的情況下，華泰可能會持有報告中提到的公司所發(fā)行的證券頭寸并進行交易，為該公司提供投資銀行、財務(wù)顧問或者金融產(chǎn)品等相關(guān)服務(wù)或向該公司招攬業(yè)務(wù)。華泰的銷售人員、交易人員或其他專業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