拆解人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)尋找高價(jià)值量細(xì)分領(lǐng)域

內(nèi)容目錄以特斯拉人形機(jī)器人為例，拆解人形機(jī)器人硬件方案 5特斯拉Optimus代表當(dāng)前商業(yè)化人機(jī)產(chǎn)品的最快速度與先進(jìn)技術(shù) 5拆解Optimus的運(yùn)控、感知、軟件方案 7運(yùn)控——執(zhí)行器方案 7感知——傳感器方案 15軟件——環(huán)境感知、思考決策、運(yùn)動(dòng)控制軟件方案 16總結(jié)特斯拉Optimus人機(jī)方案，尋找高價(jià)值量細(xì)分領(lǐng)域 24投資建議 29風(fēng)險(xiǎn)提示 30圖表目錄圖1：特斯拉Optimus產(chǎn)品迭代速度較快（Gen1、Gen2以半年左右為期更新） 5圖2：Optimus可進(jìn)行物品識(shí)別 6圖3：Optimus可進(jìn)行精細(xì)操作 6圖4：驅(qū)動(dòng)器方案演變歷史 7圖5：特斯拉Optimus執(zhí)行器方案 圖6：特斯拉Optimus使用的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器類型與結(jié)構(gòu) 12圖7：特斯拉Optimus使用的直線執(zhí)行器類型與結(jié)構(gòu) 13圖8：特斯拉Optimus靈巧手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu) 15圖9：Optimus采用純視覺感知方案 16圖10：特斯拉FSD軟件架構(gòu)梳理 17圖特斯拉Optimus軟件架構(gòu)梳理 18圖12：占用網(wǎng)絡(luò)模型下，特斯拉汽車的行車場(chǎng)景效果 19圖13：特斯拉FSD中占用網(wǎng)絡(luò)模型架構(gòu) 20圖14：Optimus通過(guò)占用網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)感知外界物體 20圖15：Optimus通過(guò)占用網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)理解外界物體，并執(zhí)行抓取的任務(wù) 20圖16：Optimus通過(guò)占用網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)進(jìn)行室內(nèi)三維導(dǎo)航 20圖17：Optimus使用了端到端的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 21圖18：Optimus運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型全貌（以行走為例） 22圖19：Optimus運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型第一步——規(guī)劃腳步（以行走為例） 22圖20：Optimus運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型第二步——規(guī)劃步態(tài)軌跡（以行走為例） 22圖21：Optimus運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型第三步——保持平衡與協(xié)調(diào)（以行走為例） 22圖22：Optimus運(yùn)動(dòng)控制模型（以行走為例） 23圖23：Optimus使用純視覺對(duì)肢體關(guān)節(jié)位置進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn) 23圖24：Optimus肢體操縱模型 23圖25：Optimus操縱模型第一步——生成示范動(dòng)作（以拿起物體的動(dòng)作為例） 24圖26：Optimus操縱模型第二步——在線動(dòng)作適應(yīng) 24圖27：人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈圖譜 25圖28：不同類型機(jī)器人所需傳感器類型梳理 26圖29：以O(shè)ptimus方案為例，估算人形機(jī)器人執(zhí)行器、傳感器中硬件零部件價(jià)值量占比 29圖30：以較高性價(jià)比方案為例，估算人形機(jī)器人執(zhí)行器、傳感器中硬件零部件價(jià)值量占比 29圖31：以高性能硬件方案為例，估算人形機(jī)器人執(zhí)行器、傳感器中硬件零部件價(jià)值量占比 29表1：三種高動(dòng)態(tài)性能機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器（執(zhí)行器）方案比較 8表2：典型人機(jī)產(chǎn)品執(zhí)行器方案梳理 10表3：Optimus執(zhí)行器方案 表4：線性執(zhí)行器相比旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的優(yōu)缺點(diǎn) 14表5：Optimus傳感器方案 16表6：人形機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器人（以工業(yè)機(jī)器人為例）在執(zhí)行器方案、傳感器方案上的對(duì)比 26表7：人形機(jī)器人常見執(zhí)行器、傳感器等硬件零部件方案及價(jià)值量梳理 27以特斯拉人形機(jī)器人為例，拆解人形機(jī)器人硬件方案特斯拉Optimus代表當(dāng)前商業(yè)化人機(jī)產(chǎn)品的最快速度與先進(jìn)技術(shù)Optimus3均為間隔半年更新，期間亦有產(chǎn)品新進(jìn)展發(fā)布。20218月首次公布人形機(jī)器人（以下簡(jiǎn)稱人機(jī)）Optimus（擎天柱）還是人形機(jī)器人Bot）概念設(shè)想。20229月特AIDAY，OptimusDemo演示，展示了202332023InvestorDayOptimusOptimus20235Optimus新的研發(fā)成果，包括運(yùn)控能力進(jìn)一步提升（具備流暢行走和抓取能力）FSD（完全自動(dòng)駕駛）算法復(fù)用。20239XOptimus的進(jìn)化情況：1、可以基于純視覺和關(guān)節(jié)位置編碼器，自我校準(zhǔn)雙手、手臂和腿，可以在空間中精準(zhǔn)定位四肢；2、學(xué)習(xí)與處理復(fù)雜多任務(wù)的效率更高，深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完全基于控制器和純視覺感知（端到端學(xué)習(xí)，輸入視頻、輸出控制），如可以自主對(duì)物體進(jìn)行分類，應(yīng)對(duì)外界干擾；3、姿態(tài)控制和自平衡能力提升，如能做瑜伽、單腿站立等。202312X平臺(tái)發(fā)布第二代Optimus人形機(jī)器人（Gen2），相比上一代（Gen1）在感知與性能有較大改進(jìn)，包括頸部與10kg30%、手部增加力傳感器（實(shí)現(xiàn)了基于觸覺的物體抓取以及操作）、腳部仿生設(shè)計(jì)并增加力傳感器等。此外在外觀上，頸部使用彈性織物包裹，遮蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)和走線，手臂、膝蓋、腿部均有新的覆蓋件或裝飾件包裹，美觀程度（復(fù)雜物體雞蛋的拿取、放置）OptimusGen2較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)和質(zhì)心控制能力。從首次公布人機(jī)項(xiàng)目（20218月）2023年，特斯拉機(jī)器人在硬軟件性能上迭代速度較快，幾乎在3-4個(gè)月的時(shí)間就會(huì)有新進(jìn)展。圖1：特斯拉Optimus產(chǎn)品迭代速度較快（Gen1、Gen2以半年左右為期更新）資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，特斯拉2023年12月通過(guò)X平臺(tái)發(fā)布的第二代Optimus人形機(jī)器人展示視頻，Optimus運(yùn)動(dòng)性能不算最強(qiáng)，但工作能力、靈活程度、靜態(tài)穩(wěn)定性、智能水平已達(dá)到同行先進(jìn)水平。首先，Optimus仿生性較強(qiáng)，從目前公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，Optimus整身28個(gè)執(zhí)行器方案自由度靈巧手方案+2靈活度頸部+6Optimus（FSD自動(dòng)駕駛系統(tǒng)已部分復(fù)用于機(jī)器人圖2：Optimus可進(jìn)行物品識(shí)別 圖3：Optimus可進(jìn)行精細(xì)操作資料來(lái)源：特斯拉2023年9月X官方賬號(hào)公布的Optimus進(jìn)展視頻，

資料來(lái)源：特斯拉2023年12月X官方賬號(hào)發(fā)布的第二代Optimus人形機(jī)器人展示視頻，Optimus20229AIDAY，Optimus首次亮相時(shí)馬352萬(wàn)美元/（7計(jì)算，14萬(wàn)元20237Optimus5-6臺(tái)人2023月進(jìn)行行走測(cè)試（已推遲），2024年在特斯拉自己的工廠進(jìn)202310CAE工程師、嵌入式軟件工程師、機(jī)器人操作工程師和聯(lián)合控制工程師等。此外，特斯拉依仗其造車經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的累積，在人機(jī)產(chǎn)品上具備一定后發(fā)FSD2024年將有行走測(cè)試結(jié)果、硬件方案定型、工廠實(shí)用性測(cè)試結(jié)果等事件公布，Optimus商業(yè)化落地的效果值得期待?？偟膩?lái)說(shuō)，特斯拉人形機(jī)器人代表著當(dāng)前商業(yè)化人機(jī)產(chǎn)品的最快速度和先進(jìn)技術(shù)，值得作為案例深入研究。本章節(jié)將以特斯拉Optimus為例，對(duì)人形機(jī)器人的運(yùn)控、感知硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆解，同時(shí)對(duì)人機(jī)軟件算法方案進(jìn)行分析。拆解Optimus的運(yùn)控、感知、軟件方案運(yùn)控——執(zhí)行器方案關(guān)節(jié)執(zhí)行器（Actuators，簡(jiǎn)稱為執(zhí)行器）即機(jī)器人一體化關(guān)節(jié)，是影響機(jī)器人硬件成本和運(yùn)動(dòng)性能的關(guān)鍵部分。關(guān)節(jié)執(zhí)行器是驅(qū)動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)（手臂、腿部等）運(yùn)動(dòng)的組件，安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)處（連桿機(jī)構(gòu)的連接處），通過(guò)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，又被成為（關(guān)節(jié)）驅(qū)動(dòng)器、（關(guān)節(jié)）致動(dòng)器、關(guān)節(jié)模組。執(zhí)行器有多種零部件組成，主要包括電機(jī)（驅(qū)動(dòng)裝置）、減速器（傳動(dòng)裝置）、編碼器（傳感裝置）、控制板和控制軟件（控制裝置）等。按照運(yùn)動(dòng)類型，執(zhí)行器可分為旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器（RotaryActuator）、線性執(zhí)行器（LinearActuator）（直線性執(zhí)行器分布于膝肘等擺動(dòng)角度不大的單自由度關(guān)節(jié)、腕踝兩個(gè)雙自由度但是體積緊湊的關(guān)節(jié)。針對(duì)雙足機(jī)器人（屬于人形機(jī)器人）30多年的歷史，其中有三個(gè)關(guān)鍵事件：（1）1983年，早稻田大學(xué)研究的WL-10R機(jī)器人使用剛性驅(qū)動(dòng)器（一般被稱為常規(guī)方案，TraditionalStiffness1995Pratt（SeriesElasticSEA）SEA為主。（3）2016年，麻省理工Wensing（ActuatorQuasi-DirectCheetahHermes。驅(qū)動(dòng)器的變化，準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器成為最近幾年研究的熱點(diǎn)。圖4：驅(qū)動(dòng)器方案演變歷史資料來(lái)源：《國(guó)內(nèi)外雙足人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器研究綜述》（丁宏鈺等），中國(guó)知網(wǎng)，剛性驅(qū)動(dòng)器主要由電機(jī)、高傳動(dòng)比減速器、編碼器、力矩傳感器（選配）和控制板等TSA一般使用位置控制，隨著對(duì)足式及人形機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能要求的變高，500W/kgTSA的機(jī)器人在TSA也解決不了機(jī)器人受外部沖擊導(dǎo)致零部件損壞問題，以及還沒有建立標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法和性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。TSA彈性驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)輸出端的絕對(duì)式編ANYmalValkyrie和意大利技術(shù)研究院的人形機(jī)器COMAN（、離合彈性驅(qū)動(dòng)器（CEA）、多模態(tài)彈性驅(qū)動(dòng)器（MEA）PEA、CEAMEA技很好解決串聯(lián)彈性體何時(shí)開關(guān)的問題，但增加了輔助控制裝置或機(jī)構(gòu)，MEA結(jié)構(gòu)和SEA。準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器含義是依靠驅(qū)動(dòng)器電機(jī)開環(huán)力控，不依賴于附加力或力矩傳感器，就可際應(yīng)用中折中采用電機(jī)+低傳動(dòng)比減速器的方案，同時(shí)要求負(fù)載質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能地小，這樣可以實(shí)現(xiàn)高帶寬力控和良好的抗沖擊能力。具有功率密度高、力控帶寬大、抗沖擊能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。作為最近幾年的新興技術(shù)發(fā)展迅速，并CheetahLaikago只有在電機(jī)端有題。此外，使用的高力矩密度電機(jī)（無(wú)框力矩電機(jī)）一般半徑尺寸較大，對(duì)于關(guān)節(jié)尺寸有嚴(yán)格要求的人形機(jī)器人適用性不足。表1：三種高動(dòng)態(tài)性能機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)器（執(zhí)行器）方案比較比較項(xiàng)目剛性驅(qū)動(dòng)器彈性驅(qū)動(dòng)器準(zhǔn)（半）直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器零部件方案常規(guī)無(wú)刷電機(jī)+高傳動(dòng)比減速器常規(guī)無(wú)刷電機(jī)+高傳動(dòng)比減速器（一般為無(wú)框力矩比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目剛性驅(qū)動(dòng)器彈性驅(qū)動(dòng)器準(zhǔn)（半）直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器（一般為諧波減速器）+剛性力矩傳感器+輸出端，一般采用雙位置傳感器方案（一般采用諧波減速器）+柔性彈（用位置傳感器檢測(cè)彈性體的形變）+輸出端，一般使用三個(gè)位置傳感器電機(jī)）+低傳動(dòng)比減速器（一般為行星減速器）+小慣量輸出端，一（絕對(duì)式編碼器）圖例力矩測(cè)量方案應(yīng)變片式力矩傳感器或基于電流電磁式力矩傳感器或基于應(yīng)變片原理電流環(huán)力矩測(cè)量原理-扭矩系數(shù)等計(jì)算關(guān)節(jié)扭矩?；诓牧鲜芰蟮奈⑿∨まD(zhuǎn)形變，通過(guò)磁編碼器或霍爾等原理測(cè)量基于電機(jī)中的電流值，通過(guò)電流-小。（軟件柔性）扭矩密度高高較低能量效率低高高對(duì)外部沖擊的減緩能力差好好機(jī)械復(fù)雜性復(fù)雜復(fù)雜簡(jiǎn)單安全性差好好技術(shù)水平相對(duì)完善成熟主流研究中正發(fā)展崛起性能優(yōu)勢(shì)本體剛度高，測(cè)量力通頻帶寬生產(chǎn)效率高；儲(chǔ)能，輸出能力強(qiáng)。關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，硬件可靠性高本體剛度高，測(cè)量力通頻帶寬實(shí)現(xiàn)成本低，省電；抗沖擊能力強(qiáng)。性能缺陷關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件可靠性低（例如大沖擊下容易損壞諧波減速器），生產(chǎn)工藝復(fù)雜；實(shí)現(xiàn)成本高。在本體高剛度、測(cè)量高精度和實(shí)現(xiàn)低成本這三個(gè)維度很難取得平衡。一般剛度較小，高頻力矩響應(yīng)性能較弱，通頻帶較窄。實(shí)現(xiàn)成本高高低應(yīng)用場(chǎng)景表人四足以及小型雙足人形機(jī)器人代表案例特斯拉的Optimus美國(guó)宇航局的Valkyrie的EVE，小米的CyberDog系列；；；；，資料來(lái)源：知乎專欄《機(jī)器人力控制》《對(duì)于腿足式機(jī)器人三類主流關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器性能的對(duì)比討論》（任賾宇），《國(guó)內(nèi)外雙足人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器研究綜述》（丁宏鈺等），《基于準(zhǔn)直驅(qū)電機(jī)的足式機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制研究》（張宇），中國(guó)知網(wǎng)，INNFOS機(jī)器人，《ALowCostModularActuatorforDynamicRobots》（BenjaminG.Katz），當(dāng)前各人機(jī)產(chǎn)品在驅(qū)動(dòng)器零部件選用細(xì)節(jié)上略有差異，主要與驅(qū)動(dòng)器方案的選擇有關(guān)，而不同方案的選擇往往是應(yīng)用場(chǎng)景和制造成本之間權(quán)衡的結(jié)果。從代表性產(chǎn)品廠商披露的執(zhí)行器方案來(lái)看，以剛性驅(qū)動(dòng)器和準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動(dòng)器為主。表2：典型人機(jī)產(chǎn)品執(zhí)行器方案梳理公司型號(hào)一般關(guān)節(jié)方案一般關(guān)節(jié)方案類型靈巧手關(guān)節(jié)方案電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器位置傳感器力矩傳感器減速裝置旋轉(zhuǎn)或直線TSASEATA優(yōu)必選WalkerX高密度無(wú)框力矩電機(jī)高性能控制器2個(gè)有諧波減速器/TSA/智元遠(yuǎn)征A1/矢量控制驅(qū)動(dòng)器2個(gè)/10速比以內(nèi)的高力矩透明度行星減速器/PA/達(dá)閥小紫XR-4（足）高扭矩密度無(wú)框電機(jī)/2個(gè)可選配行星減速器旋轉(zhuǎn)PA*空心杯電機(jī)+齒輪傳動(dòng)宇樹UnitreeH1無(wú)框電機(jī)有2個(gè)/以行星減速器為主/PA*/小米CyberOne（鐵大）無(wú)框力矩電機(jī)有驅(qū)動(dòng)器1個(gè)無(wú)行星減速器/PA無(wú)靈巧手傅利葉FourierGR-1未公布類型有有無(wú)未公布類型旋轉(zhuǎn)//追覓通用人形機(jī)器人無(wú)框電機(jī)有2個(gè)/未公布類型///小鵬PX5未公布類型有有/諧波+行星減速器/TSA、PA4（集成空心杯電機(jī)）開普勒先行者rK1D1S1未公布類型有有/使用減速器和行星滾柱絲杠旋轉(zhuǎn)+線性//特斯拉Optimus無(wú)框力矩電機(jī)/旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2直線關(guān)節(jié)?1個(gè)有諧波減速器，行星滾柱絲杠旋轉(zhuǎn)+線性TSA空心杯電機(jī)+行星緊密齒輪箱+位置傳感器+金屬腱繩本田ASIMO有//諧波減速器/TSA/波士頓動(dòng)力Atlas/////旋轉(zhuǎn)+線性/無(wú)靈巧手1XTechnologiesEVE（人形輪式）高扭矩重量比的直驅(qū)電機(jī)/////PA無(wú)靈巧手美國(guó)宇航局Valkyrie/////旋轉(zhuǎn)+線性SEA/AgilityRoboticsDigit有刷/無(wú)刷直流電機(jī)///諧波/擺線減速器/SEA無(wú)靈巧手資料來(lái)源：各公司或研究機(jī)構(gòu)官網(wǎng)，各公司官方微信公眾號(hào)，ExplorerRobots，高工機(jī)器人，2023年世界機(jī)器人大會(huì)官網(wǎng)，機(jī)器人大講堂公眾號(hào)，新智元公眾號(hào)，機(jī)器之心公眾號(hào)，DF創(chuàng)客社區(qū)公眾號(hào)，《國(guó)內(nèi)外雙足人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器研究綜述》（丁宏鈺等），《基于準(zhǔn)直驅(qū)電機(jī)的足式機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制研究》（張宇），中國(guó)知網(wǎng)，注：1CyberOneCybergear為例進(jìn)行梳理；2、標(biāo)“*”為我們根據(jù)執(zhí)行器方案進(jìn)行判斷得出；3、“/”為未公布或無(wú)法判斷，未公布不代表沒有。OptimusTSA方案。52個(gè)關(guān)節(jié)（自由度），其中有部（驅(qū)動(dòng)器（14個(gè)個(gè)）與空心杯/靈巧手關(guān)節(jié)（12個(gè)），其中旋轉(zhuǎn)、直線執(zhí)行器向下又分為三種型號(hào)。表3：Optimus執(zhí)行器方案身體部位自由度具體關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)直線關(guān)節(jié)空心杯關(guān)節(jié)手臂7*2肩部3*2//肘部/1*2/腕部1*22*2/頸部2/2//腰部2/2//腿部6*2髖部2*21*2/膝蓋/1*2/腳踝/2*2/靈巧手11*2///6*2合計(jì)52/141412資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，特斯拉Gen2宣傳視頻，注：手部部分關(guān)節(jié)非獨(dú)立控制，每只手的5個(gè)自由度我們預(yù)計(jì)仍為被動(dòng)自由度。圖5：特斯拉Optimus執(zhí)行器方案資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，注：左圖中橙色為執(zhí)行器，靈巧手未標(biāo)注顏色，藍(lán)色為電子系統(tǒng)。1、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器）按照不同的輸出力矩（20Nm、110Nm、180Nm）分為三類，但均由定制的永磁電機(jī)（無(wú)框力矩電機(jī)）+角接觸球軸承+諧波減速器+交叉滾子軸承+力矩傳感器+位置傳感器（雙編）+驅(qū)動(dòng)器+機(jī)械離合器+關(guān)節(jié)CNC件組成，采取了非中空走線方式。機(jī)械離合器（高速端/電機(jī)端）：可將傳動(dòng)系統(tǒng)隨時(shí)分離或接合。角接觸球軸承（高速端/電機(jī)端）：支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，用以降低設(shè)備在傳動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械載荷摩擦系數(shù)，角接觸球軸承具有高剛度和高精度，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器。（低速端/傳動(dòng)端2022AIDay公布的驅(qū)動(dòng)器選型參數(shù)預(yù)計(jì)主要采用諧波減速器，用于減速傳動(dòng)。交叉滾子軸承（低速端/傳動(dòng)端）：一般內(nèi)置在減速機(jī)輸出側(cè)作為主承載軸承使用，與（電感式（電機(jī)端）的增量式編碼器做電機(jī)拖動(dòng)FOC（FiledOrientedControl，磁場(chǎng)定向控制），F(xiàn)OC矢量控制算法的位置信號(hào)輸入，低速端（輸出端）的絕對(duì)式編碼器記錄（力矩定做的永磁電動(dòng)機(jī)：表貼式永磁無(wú)刷電機(jī)，采用外定子、內(nèi)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，具體為無(wú)框力矩電機(jī)。圖6：特斯拉Optimus使用的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器類型與結(jié)構(gòu)資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，2、直線關(guān)節(jié)類似地，直線關(guān)節(jié)（線性執(zhí)行器或直線驅(qū)動(dòng)器）也按照不同的輸出力矩（500N、3900N、8000N）分為三類，但均由永磁電機(jī)（無(wú)框力矩電機(jī)）+球軸承+四點(diǎn)角接觸軸承+反向式行星滾柱絲杠+力傳感器+（單編）+驅(qū)動(dòng)器+CNC件倒置滾柱絲杠：作為減速裝置（反向/倒置式行星滾柱絲杠）的零部件，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)副零件。行星滾柱：作為減速裝置（反向/倒置式行星滾柱絲杠）的零部件，利用絲杠帶動(dòng)行星齒輪旋轉(zhuǎn)。球軸承：支撐作用，將運(yùn)轉(zhuǎn)的軸與軸承座之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，從而減少摩擦損失。定子：固定于電機(jī)外圍，產(chǎn)生交流電。傳感器：力傳感器，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)器輸出力的大?。晃恢脗鞲衅?，單個(gè)編碼器，檢測(cè)位移，用于反饋控制。定做的永磁電動(dòng)機(jī)：類似旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的電機(jī)類型。圖7：特斯拉Optimus使用的直線執(zhí)行器類型與結(jié)構(gòu)資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，Optimus是首個(gè)大面積使用直線關(guān)節(jié)的人形機(jī)器人，線性執(zhí)行器相對(duì)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器（但成本相比旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器更高。表4：線性執(zhí)行器相比旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1、精度保持性好、剛度好/面接觸，剛度保持性好，更加利于上肢精巧平穩(wěn)操作。1、動(dòng)態(tài)特性偏弱（相比較于行星減速器關(guān)節(jié)或液壓驅(qū)動(dòng)）。2、耐沖擊能力強(qiáng)（諧波而行星絲杠受力均勻，壽命長(zhǎng)。2、關(guān)節(jié)力誘明度欠佳3、能量效率高3、價(jià)格昂貴反向行星滾柱絲杠2萬(wàn)美元的成本還有很大距離。4、空間利用率高/資料來(lái)源：知乎專欄《Tesla人形機(jī)器人Optimus各伺服關(guān)節(jié)技術(shù)拆解》（任賾宇），3、空心杯/靈巧手關(guān)節(jié)單只靈巧手6（空心杯驅(qū)動(dòng)器/執(zhí)行器+多級(jí)行星減速器+蝸輪蝸桿+位置傳感器（雙編）+驅(qū)動(dòng)器+金屬腱繩構(gòu)成。Optimus手指具有防反驅(qū)特性，可以避免電機(jī)在抓握物體時(shí)長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)發(fā)熱?？招谋姍C(jī)：一般采用無(wú)刷空心杯電機(jī)，電機(jī)定子線圈無(wú)鐵芯，解決了傳統(tǒng)鐵芯電機(jī)因鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，線圈作為轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、好控制、效率高、轉(zhuǎn)速快。多級(jí)行星減速器：一般空心杯電機(jī)均需搭配行星減速器使用，由于空心杯電機(jī)多呈現(xiàn)2-3級(jí)的行星減速器。蝸輪蝸桿：一級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，手指電機(jī)輸出端為蝸桿，帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)。另一方面利用蝸輪蝸桿的自鎖特性去提升靈巧手的負(fù)載（自鎖）能力。金屬腱繩：金屬腱繩（線）帶動(dòng)遠(yuǎn)端手指運(yùn)動(dòng)，蝸輪上有繞線軸，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，繞OptimusFOC，低速端記錄實(shí)際輸出位置，用于反饋控制；Gen2在手指末端增加了觸覺傳感器（陣列傳感器）Gen1的手部Gen2在手腕處增加了多維力傳感器?；嘏椈桑篛ptimus為欠驅(qū)動(dòng)靈活手，部分自由度為被動(dòng)自由度，回扭彈簧使被動(dòng)自由度可以自主張開，無(wú)需多配置一個(gè)執(zhí)行器并可實(shí)現(xiàn)手部的自適應(yīng)抓取。圖8：特斯拉Optimus靈巧手關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，特斯拉2023年12月通過(guò)X平臺(tái)發(fā)布的第二代Optimus人形機(jī)器人展示視頻，感知——傳感器方案從傳感器（外部傳感器）配置上，Optimus主要配備了視覺傳感器和觸覺傳感器、多維力傳感器。視覺感知上，Optimus主要采用純視覺方案（3D多目視覺）3個(gè)不同種類的2D（22DFSD軟件算法較強(qiáng)，無(wú)需采用硬件較強(qiáng)的主動(dòng)視覺，可降低硬件成本。圖9：Optimus采用純視覺感知方案資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，（內(nèi)部傳感器在手部和腳底新增了觸覺傳感器，在腳踝處與手腕處增加了多維力傳感器。Gen2手指增加觸（陣列傳感器Gen2足部分為腳趾和腳掌兩個(gè)部分，腳掌增加觸覺（壓力）傳感器（預(yù)計(jì)仍為陣列傳感器）、腳踝安裝多維力傳感器（預(yù)計(jì)為六維力矩傳感器），用于檢測(cè)腳部所受作用力，維持在不平衡地面上的平衡。表5：Optimus傳感器方案?jìng)鞲衅黝愋蛿?shù)量所在位置視覺傳感器2D攝像機(jī)2頭部左右側(cè)中央魚眼攝像頭1頭部中間力傳感器單維力/力矩傳感器2814個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)+14個(gè)直線關(guān)節(jié)各有一個(gè)觸覺/壓力傳感器（陣列傳感器）12靈活手的手指部分各一個(gè)，腳底各一個(gè)多維力傳感器4手腕、腳踝各兩個(gè)位置傳感器編碼器6614個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、12個(gè)靈巧手關(guān)節(jié)各兩個(gè)，14個(gè)直線關(guān)節(jié)各一個(gè)資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，特斯拉2023年12月通過(guò)X平臺(tái)發(fā)布的第二代Optimus人形機(jī)器人展示視頻，測(cè)算軟件——環(huán)境感知、思考決策、運(yùn)動(dòng)控制軟件方案FSDOptimus（FSD全稱FullSelf-Driving，即完全自動(dòng)駕駛，F(xiàn)SDV12是目前特斯拉提供的測(cè)試版最高水平的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)車輛可以在沒有人類干預(yù)的情況下，自己識(shí)別路況、規(guī)劃路線、控FSDFSD進(jìn)行規(guī)劃，主要包括基于模型控制的顯性規(guī)控模塊和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃模塊，主要用于生成決策路徑→生成路徑下的駕駛行為→生成車輛控制信息，最終將車輛控制信息傳遞給運(yùn)動(dòng)控制FSD2022AIAutopilot的大部分組件都可以很容易地移植到機(jī)器人的環(huán)境中，機(jī)器人只是輪式機(jī)器上長(zhǎng)了兩條腿。因此FSD/圖10：特斯拉FSD軟件架構(gòu)梳理資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，特斯拉2021年AIDAY，車右智能公眾號(hào)，注：打“√”的為特斯拉Optimus復(fù)用的方法模塊，根據(jù)特斯拉2021年、2022年AIDAY的FSD內(nèi)容以及2022年AIDAY的機(jī)器人軟件部分內(nèi)容進(jìn)行與判斷。圖11：特斯拉Optimus軟件架構(gòu)梳理資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，注：根據(jù)特斯拉2022年AIDAY的機(jī)器人軟件部分內(nèi)容進(jìn)行。環(huán)境感知Autopilot（OccupancyNtwrk（，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)三維導(dǎo)航、物體抓取、視覺自標(biāo)定、顏色分揀等任務(wù)。什么是占用網(wǎng)絡(luò)模型？OccupancyNetwork3D語(yǔ)義占用感知方法，可以從多視圖圖像中生成車輛周圍環(huán)境的三維占用網(wǎng)格。其基本思想是將三維空間劃分成體素（voxel），0/1voxelvoxel賦voxelvoxel0voxelvoxel的屬性除了是（Occupancy）（OccupancyFlow）等voxelOccupancyFlow可以用于判斷物OccupancyNetwork將來(lái)自多視圖圖像的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)三維特征空間；然后，使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)學(xué)習(xí)這個(gè)特征空間中的占用概率以及動(dòng)靜狀態(tài)；最后，將占用概率轉(zhuǎn)換為一個(gè)三維占用網(wǎng)格，同時(shí)輸出動(dòng)靜狀態(tài)信息。占用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)？使用占用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視覺感知的優(yōu)點(diǎn)在于以下幾點(diǎn)。首先，對(duì)硬件要求不高，其本身基于純視覺的硬件方案，因此對(duì)視覺硬件要求較低，成本較低。其次，對(duì)通用障礙物具備良好的泛化能力。過(guò)去的計(jì)算機(jī)視覺算法依賴白名單，即通過(guò)人工標(biāo)注之后訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)或者分割任務(wù)，但是真實(shí)場(chǎng)景中存在很多非白名單物體，如異形車、路上的石頭、散落的紙箱等，這些通用障礙物很難通過(guò)白名單的方式進(jìn)行窮舉識(shí)別，而占用網(wǎng)絡(luò)可對(duì)環(huán)境進(jìn)行三low-level（低層最LiDAR12：占用網(wǎng)絡(luò)模型下，特斯拉汽車的行車場(chǎng)景效果資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，注：藍(lán)色表示運(yùn)動(dòng)的voxel，紅色表示靜止的voxel，黃色表示靜態(tài)障礙物的voxel。FSD中占用網(wǎng)絡(luò)的作用？FSDFSD中主要用于障礙物檢測(cè)（檢測(cè)車輛周圍的障礙物）、路徑規(guī)劃（可以用于生成車輛的路徑，并避免障礙物）、車輛控制（可以用于控制車輛的速度和方向，以確保安全行駛）。Optimus中占用網(wǎng)絡(luò)的作用？AutopilotOptimus2022AIOptimus對(duì)環(huán)境空間有著相對(duì)精準(zhǔn)的識(shí)別能力，通過(guò)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，Optimus就能清楚的知道自己位置，具備分析與執(zhí)行的工作能力，包括即將需要去做的工作以及如何完成工作等。此外，特斯拉正在利用神經(jīng)輻射場(chǎng)（NeuralRadianceFields，NeRF）對(duì)占用網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行優(yōu)化，以獲得對(duì)機(jī)器人周圍環(huán)境的更好的體積渲染效果。在環(huán)境感知層面，OptimusFSD上的主要區(qū)別在于：首先，感知模OccupancyNetwork特斯拉汽車運(yùn)行場(chǎng)景主要為室外的、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的道路交通環(huán)境，獲取的主要為視覺信息，且工作任務(wù)、控制的肢體相對(duì)單一，主要為控制車輛在車道進(jìn)行正常行駛，因此在感知層面使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)OccupancyNetwork、Lanes&Objects（車道識(shí)別及障礙物感知算法），而特斯拉機(jī)器Optimus神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型更多。例如在室內(nèi)三維導(dǎo)航中，由于室內(nèi)一般沒有GPS信號(hào)，Optimus需要訓(xùn)練更多的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在攝像幀流中識(shí)別高頻特征和關(guān)鍵點(diǎn)，并隨著機(jī)器人在環(huán)境中導(dǎo)航，進(jìn)行跨幀跨時(shí)間的跟蹤，利用這些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行行走軌跡規(guī)劃和姿勢(shì)估計(jì)。圖13：特斯拉FSD中占用網(wǎng)絡(luò)模型架構(gòu) 圖14：Optimus通過(guò)占用網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)感知外界物體 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY， 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，15：Optimus資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，注：綠色代表人類，紫色代表地面，而白色則代表不重要的物品但不能碰到，暗紅色則代表預(yù)設(shè)任務(wù)目標(biāo)，藍(lán)色代表的是工具，青色代表的自己身體。

圖16：Optimus通過(guò)占用網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)進(jìn)行室內(nèi)三維導(dǎo)航資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，思考決策A”；動(dòng)作級(jí)（或技能級(jí)）指令指“運(yùn)動(dòng)到水壺所在位置→拿起水壺→運(yùn)動(dòng)到杯子所在位置→拿起杯子→將水壺中A/規(guī)劃，一般由機(jī)器人自主生成與執(zhí)行，但任務(wù)級(jí)、動(dòng)作級(jí)指令，在傳統(tǒng)機(jī)器人中主要由人通過(guò)AI（Optimus（規(guī)劃20212022AI20239X官方賬號(hào)公布的視頻，我們認(rèn)為Optimus通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已可進(jìn)行一定的任務(wù)級(jí)、動(dòng)作級(jí)的決策。當(dāng)前OtmsD，Optimus可具備自主學(xué)習(xí)各種任務(wù)的能力，最終達(dá)到無(wú)需人類代碼控制、僅依靠訓(xùn)練好的本地神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可對(duì)所處場(chǎng)景進(jìn)行自主理解、決策和反應(yīng)，其智能程度和泛化水平大幅提升。圖17：Optimus使用了端到端的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)資料來(lái)源：2023年9月特斯拉X官方賬號(hào)公布的Optimus進(jìn)展視頻，在思考決策與運(yùn)動(dòng)控制層面，OptimusFSD上的主要區(qū)別在于：首20212022AI公布的信息來(lái)看，我們認(rèn)為相對(duì)汽車，Optimus的環(huán)境感知、思考決策與運(yùn)動(dòng)控制模塊區(qū)分較為模糊，或者說(shuō)感知、規(guī)劃與控制聯(lián)系得更為緊其次，由于汽車與機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式存在不同，一是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方式更多樣，二是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更復(fù)雜，機(jī)器人不僅包括腿部運(yùn)動(dòng)、還包括手臂和手部運(yùn)動(dòng)，還需要向下分解為各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。Optimus在思考決策與運(yùn)動(dòng)控制層面的模型未完全復(fù)用汽車的模型，進(jìn)行了機(jī)器人適用性優(yōu)化。以行走規(guī)劃為例，Optimus的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃以簡(jiǎn)單機(jī)器人模型（SimplifiedBotModel）以及理想路徑（DesiredPath）出發(fā)，在對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行/人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)模型和接觸屬性模型（theModeloftheContactProperties），即使機(jī)器人先擁有物理層面的自我感知（了解自身四肢長(zhǎng)度、四肢質(zhì)量、腳大小等）。模型運(yùn)行主要第二步規(guī)劃步態(tài)軌跡Optimus圖18：Optimus運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型全貌（以行走為例） 圖19：Optimus運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型第一步——規(guī)劃腳（以行走為例） 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY， 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，20：Optimus（以行走為例）

圖21：Optimus運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型第三步——保持平衡與協(xié)調(diào)（以行走為例） 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY， 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，運(yùn)動(dòng)控制Optimus在運(yùn)動(dòng)控制層使用了模仿學(xué)習(xí)等技術(shù)。2022AI的介紹，我Optimus（主要針對(duì)下肢1、肢體運(yùn)動(dòng)控制。盡管在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模型中已經(jīng)生成了參考軌跡和力/力矩，但規(guī)劃模型僅僅是基于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的簡(jiǎn)單假設(shè)，在實(shí)際機(jī)器人與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互的過(guò)程中，包含著規(guī)劃模型未考慮的干擾因素，例如傳感器噪聲、外界突然干擾等，易造成機(jī)器人狀態(tài)的不穩(wěn)定。因此（State圖22：Optimus運(yùn)動(dòng)控制模型（以行走為例） 圖23：Optimus使用純視覺對(duì)肢體關(guān)節(jié)位置進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn) 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY， 資料來(lái)源：2023年9月特斯拉X官方賬號(hào)公布的Optimus進(jìn)展視頻，2、肢體操縱控制。Optimus實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界物體的控制過(guò)程主要分為兩步。第一步特斯拉建立了一個(gè)（ALibraryOfNaturalMotionReferences）OptimusMotionAdaptation）。圖24：Optimus肢體操縱模型資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，25：Optimus（以拿起物體的動(dòng)作為例）

圖26：Optimus操縱模型第二步——在線動(dòng)作適應(yīng) 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY， 資料來(lái)源：特斯拉2022年AIDAY，總結(jié)特斯拉Optimus人機(jī)方案，尋找高價(jià)值量細(xì)分領(lǐng)域根據(jù)前文對(duì)人形機(jī)器人的拆解，我們首先可得到人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的基本情況。人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游的核心零部件，例如無(wú)框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)、傳感器、芯片等，其中機(jī)械結(jié)構(gòu)相關(guān)的上游領(lǐng)域包含一級(jí)供應(yīng)商（例如集成好的執(zhí)行器）和二級(jí)供應(yīng)商（執(zhí)行器向下的零部件）等；中游為機(jī)器人本體制造和系統(tǒng)集成；下游為人形機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，包括工業(yè)制造、倉(cāng)儲(chǔ)物流、商業(yè)服務(wù)、家庭消費(fèi)等。本章節(jié)，我們將對(duì)第一部分的Optimus方案進(jìn)行總結(jié)，向上游尋找高價(jià)值量的硬件零部件細(xì)分領(lǐng)域，為后續(xù)投資指明方向。圖27：人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈圖譜資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，優(yōu)必選招股說(shuō)明書，行行查，注：運(yùn)控、感知、認(rèn)知與決策等軟件算法細(xì)分領(lǐng)域，既可由上游專業(yè)軟件公司提供產(chǎn)品與服務(wù)，也可由中游本體及系統(tǒng)集成廠商自行研制。從特斯拉Optimus的運(yùn)控硬件、感知硬件以及人機(jī)軟件方案，我們總結(jié)得到人形機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器人在執(zhí)行器、傳感器以及軟件方案上的不同之處。（）靈活度更高，故首先從執(zhí)行器使用數(shù)量上人機(jī)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)器人。2、由于人機(jī)需要，即/力矩傳感器和減速裝置等零部件形成了一體化關(guān)節(jié)模組。3、人機(jī)減速裝置以諧波減速器、行星減速器、行星滾柱絲杠為主，而傳RV4（除協(xié)作機(jī)器人外主要以伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)為主。2、力傳感器方面，一般協(xié)作機(jī)器人會(huì)使用/力矩傳感器TSA方案，則基本每個(gè)關(guān)節(jié)均會(huì)使用力矩傳感器，此外在手部或腳部有可能加裝六維力傳感器或觸覺傳感器。3、視Optimus選用的是純視覺的被動(dòng)視覺方案，3D主動(dòng)視覺方案為主，工業(yè)機(jī)器人一般在特定應(yīng)用場(chǎng)景才會(huì)2D4IMU（除協(xié)作機(jī)器人）上并不常見。表6：人形機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器人（以工業(yè)機(jī)器人為例）在執(zhí)行器方案、傳感器方案上的對(duì)比機(jī)器人類型自由度執(zhí)行器方案?jìng)鞲衅鞣桨笀?zhí)行器一體化程度減速裝置平均所需諧波減速器數(shù)量平均所需RV減速器數(shù)量電機(jī)力/力矩傳感器視覺傳感器其他傳感器人形機(jī)器人36高度一體化以諧波減速器、行星減速器、行星滾柱絲杠為主140無(wú)框力矩一般同時(shí)配置關(guān)節(jié)力/力矩傳感器、多維力/力矩傳感器（配置在手、腳處）一般以3D視覺為主可能會(huì)配置IMU、觸覺傳感器工業(yè)機(jī)器人垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人6-7一體化程度相對(duì)較低以諧波減速器、RV減速器為主3.53.5伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)要么各關(guān)節(jié)配置關(guān)節(jié)力/端配置多維力傳感器一般在需要場(chǎng)景下，2D視覺/SCARA（聯(lián)機(jī)器人4以諧波或行星減速器、滾珠絲杠為主30.5//Delta機(jī)器（并聯(lián)機(jī)器人）2-3以諧波或行星減速器為主10//協(xié)作機(jī)器人6高度一體化以諧波或行星減速器為主60.5無(wú)框力矩電機(jī)一般同時(shí)配置關(guān)節(jié)力/力矩傳感器、多維力/力矩傳感器可能會(huì)配置觸覺傳感器資料來(lái)源：綠的諧波招股說(shuō)明書，《2018年中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)白皮書》，InteractAnalysis，中國(guó)機(jī)器人網(wǎng)，Agilityobotcs202-12-0；2Optimus執(zhí)行器方案進(jìn)行總結(jié)。圖28：不同類型機(jī)器人所需傳感器類型梳理資料來(lái)源：IDTechEx，注：其中人形機(jī)器人傳感器方案根據(jù)典型人機(jī)產(chǎn)品總結(jié)，包括優(yōu)必選、智元機(jī)器人、小米、特斯拉、本田、波士頓動(dòng)力、AgilityRobotics等的人機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行總結(jié)，具體可見華寶證券研究報(bào)告《人形機(jī)器人專題報(bào)告一：智能化進(jìn)階開啟，商業(yè)化落地在即》（2023-12-20）。AI技術(shù)以因此，首先從與傳統(tǒng)機(jī)器人對(duì)比分析，我們可以總結(jié)出人機(jī)在執(zhí)行器、傳感器、軟件算法方面的細(xì)分領(lǐng)域均有值得關(guān)注的點(diǎn)：1、關(guān)注用量增加的零部件細(xì)分領(lǐng)域，人機(jī)在執(zhí)行器、傳感器的用量上就已超過(guò)傳統(tǒng)機(jī)器人，因此在未來(lái)人機(jī)產(chǎn)品大規(guī)模量產(chǎn)的預(yù)期下，相應(yīng)部分細(xì)分領(lǐng)域?qū)⒅苯用媾R用量需求的增加，例如同屬于人機(jī)和傳統(tǒng)機(jī)器人的執(zhí)行器或傳感器的組成零件——諧波減速器、編碼器、力/力傳感器在量上的需求會(huì)增長(zhǎng)；2、關(guān)注屬于人機(jī)新增需求的零部件細(xì)分領(lǐng)域3D視覺傳感器AI技術(shù)在人機(jī)產(chǎn)品上的落地（具身智能）。Optimus的執(zhí)行器、傳感器的硬件零部件方案，定量分析人機(jī)細(xì)分零部件領(lǐng)域的價(jià)值量大?。?Optimus方案——旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器（TSA方案）+線性執(zhí)行器（高精度方案）+靈巧手方案（包括觸覺傳感器）+其他（多維力/力矩傳感器、3D純視覺方案、腳掌觸覺傳感器）35萬(wàn)元人民幣，距離特斯Optimus2萬(wàn)美元（714萬(wàn)人民幣），仍約有60%關(guān)節(jié)力/力矩傳感器（16%）、多維力/力矩傳感器（15%）、無(wú)框力矩電機(jī)（8%）、諧波減速器（6%）；2以較高性價(jià)比方案（）——旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器方案）+線性執(zhí)行器（低精度方案）+靈巧手方案（不包括觸覺傳感器）+其他（3D純視覺方案）為例，整體方案硬件零12Optimus的目標(biāo)單價(jià)，其中價(jià)值量占比較高的細(xì)分領(lǐng)域?yàn)椋?3%）關(guān)節(jié)力/（23%）（21%）編碼器（16%）、空心杯電機(jī)（10%）；3、若以高性能硬件方案（硬件性能提升，不考慮成本）——旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器（TSA方案）+線性執(zhí)行器（高精度方案）+靈巧手方案（包括觸覺傳感器）+其他（六維力/力矩傳感器、3D非純視覺方案、IMU、腳掌觸覺傳感器）為例，整體方案硬件40Optimus65%的下降空間，其中價(jià)值量占比較高的細(xì)分領(lǐng)域?yàn)椋?4%）六維力/（24%）關(guān)節(jié)力/力矩傳感器（14%）、無(wú)框力矩電機(jī)（7%）、諧波減速器（5%）。表7：人形機(jī)器人常見執(zhí)行器、傳感器等硬件零部件方案及價(jià)值量梳理類型部件數(shù)量（個(gè)）單價(jià)（元）總價(jià)（元）備注價(jià)格數(shù)據(jù)來(lái)源旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器（TSA方案）無(wú)框力矩電步科股份投資者問答以及前瞻研究院數(shù)據(jù)諧波減速綠的諧波招股說(shuō)明書編碼器283008400/京東工業(yè)、淘寶關(guān)節(jié)力/力矩傳感維力/力矩傳感器MIR睿工業(yè)角接觸球軸承141001400/京東工業(yè)、淘寶交叉滾子軸承141502100/京東工業(yè)、淘寶旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器無(wú)框力矩電步科股份投資者問答以及前瞻研究院數(shù)據(jù)類型部件數(shù)量（個(gè)）單價(jià)（元）總價(jià)（元）備注價(jià)格數(shù)據(jù)來(lái)源（PA方案）估計(jì)價(jià)格行星減速科峰智能招股說(shuō)明書以及鳴志電器官網(wǎng)編碼器283008400/京東工業(yè)、淘寶角接觸球軸承141001400/京東工業(yè)、淘寶交叉滾子軸承141502100/京東工業(yè)、淘寶線性執(zhí)行器（高精度方案）無(wú)框力矩電步科股份投資者問答以及前瞻研究院數(shù)據(jù)估計(jì)價(jià)格行星滾柱絲杠1410000140000/京東工業(yè)、淘寶、科峰智能編碼器143004200/京東工業(yè)、淘寶關(guān)節(jié)力/力矩傳感維力/力矩傳感器MIR睿工業(yè)球軸承1420280/京東工業(yè)、淘寶四點(diǎn)角接觸軸承141502100/京東工業(yè)、淘寶線性執(zhí)行器（低精度方案）無(wú)框力矩電步科股份投資者問答以及前瞻研究院數(shù)據(jù)估計(jì)價(jià)格滾珠絲杠142002800/智研咨詢數(shù)據(jù)編碼器143004200/京東工業(yè)、淘寶關(guān)節(jié)力/力矩傳感維力/力矩傳感器MIR睿工業(yè)球軸承1420280/京東工業(yè)、淘寶四點(diǎn)角接觸軸承141502100/京東工業(yè)、淘寶靈巧手空心杯電機(jī)12100012000/鳴志電器官網(wǎng)行星減速器12100012000/科峰智能招股說(shuō)明書以及鳴志電器官網(wǎng)編碼器243007200/京東工業(yè)、淘寶觸覺傳感器101301300假設(shè)每根手指用1個(gè)TekscanFlexiForceA2017估算蝸輪蝸桿1220240/京東工業(yè)、淘寶金屬腱繩10550假設(shè)每根手指用1根京東工業(yè)、淘寶其他零部件多維力/力矩傳感器41350054000/由于多維力傳感器