當(dāng)前全球人工智能浪潮的爆發(fā)，通用大模型的發(fā)展賦予人形機(jī)器人強(qiáng)大的泛化能力，人形機(jī)器人有望加速進(jìn)入商業(yè)化落地的初級階段，成為AI下一個重要落地應(yīng)用場景。2022年，特斯拉推出TeslaBot“Optimus（擎天柱）”原型機(jī)引爆人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈。歷經(jīng)7次迭代，Optimus已形成相對成熟的“產(chǎn)品形態(tài)”，并進(jìn)入工廠實(shí)際測試。2023年12月，特斯拉發(fā)布的第二代原型機(jī)OptimusGen2，已經(jīng)能夠展現(xiàn)非常強(qiáng)大的糾錯能力和流暢執(zhí)行任務(wù)的能力。
特斯拉人形機(jī)器人：

資料來源：Tesla

馬斯克預(yù)計(jì)，2025年特斯拉人形機(jī)器人Optimus將量產(chǎn)千臺級，人形機(jī)器步入量產(chǎn)元年；2026年Optimus大規(guī)模生產(chǎn)并外銷，遠(yuǎn)期需求量級達(dá)百億臺。參考高盛的預(yù)計(jì)，2035年人形機(jī)器人全球市場空間將增到378億美元，CAGR復(fù)合增速63.98%，遠(yuǎn)超新能源汽車市場行業(yè)37.9%的復(fù)合增速，未來市場空間潛力巨大。人形機(jī)器人的應(yīng)用場景有望經(jīng)歷“汽車工廠應(yīng)用—制造業(yè)開始全面滲透鋪開—成熟后走進(jìn)千家萬戶”三個階段。馬斯克表示，Optimus將與特斯拉的車輛共享一切核心技術(shù)，預(yù)計(jì)未來每個人都將擁有自己的人形機(jī)器人，且成本會持續(xù)降低，計(jì)劃降到2萬美元至3萬美元一臺。

人形機(jī)器人行業(yè)概覽

根據(jù)專業(yè)書籍《Humanoid Robots》的歸納，人形機(jī)器人應(yīng)當(dāng)能“在人工作和居住的環(huán)境工作，操作為人設(shè)計(jì)的工具和設(shè)備，與人交流”，是具有與人類似的身體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方式（雙足行走、雙手協(xié)作等）的智能機(jī)器人。在此前提下，人形機(jī)器人最終應(yīng)具有與人類似的身體結(jié)構(gòu)，包括頭、軀干和四肢，使用雙足行走，用多指手執(zhí)行各種操作，并具有一定程度的認(rèn)知和決策智能。

作為通用化程度高、高度集成和智能化的機(jī)器人，人形機(jī)器人既需要極強(qiáng)的運(yùn)動控制能力，也需要強(qiáng)大的感知和計(jì)算能力。其技術(shù)難點(diǎn)在于盡可能模仿人的各類場景下“感知-認(rèn)知-決策-執(zhí)行”的過程，涉及仿生感知認(rèn)知技術(shù)、生機(jī)電融全技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)、視深導(dǎo)航技術(shù)等各領(lǐng)域的尖端技術(shù)。Tesla Bot人形機(jī)器人圖：

資料來源：特斯拉官網(wǎng)

人形機(jī)器人主要包含四大核心技術(shù)模塊：環(huán)境感知模塊、智能AI芯片模塊、運(yùn)動控制模塊、操作系統(tǒng)模塊。環(huán)境感知模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與環(huán)境認(rèn)知（視覺、聲音、雷達(dá)、壓感、光感）等傳感器。智能AI芯片模塊包括負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和算力的存儲器和智能芯片。運(yùn)動控制模塊包括能量管理系統(tǒng)和動作執(zhí)行系統(tǒng)（驅(qū)動器、控制器、減速器等）等。操作系統(tǒng)模塊包括硬件抽象描述、底層驅(qū)動程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間消息傳遞、程序發(fā)行包管理等。

 人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈

人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)或依托較為成熟的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈。產(chǎn)業(yè)鏈上游包括減速器、電機(jī)、絲杠、控制器、傳感器等硬件部分，以及軟件系統(tǒng)部分；中游為人形機(jī)器人本體廠商；下游是人形機(jī)器人的應(yīng)用終端領(lǐng)域。

從當(dāng)下看，價值占比高以及增量空間大的主要是上游核心零部件。長期來看，最具價值的部分或在于軟件部分，即能夠自研或掌握運(yùn)動控制、人工智能算法等核心技術(shù)者，將掌控人形機(jī)器人的中樞與大腦，某種程度上將有望在技術(shù)層面主導(dǎo)人形機(jī)器人的發(fā)展方向和發(fā)展節(jié)奏。

執(zhí)行系統(tǒng)
執(zhí)行器是人形機(jī)器人的關(guān)鍵硬件，主要負(fù)責(zé)將能量轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的機(jī)械運(yùn)動，其價值量較高。執(zhí)行器又分為旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和直線/線性執(zhí)行器。旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器用于使機(jī)器人的關(guān)節(jié)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；直線執(zhí)行器則用于推拉動作，如手臂的伸展。以特斯拉Optimus為例，其關(guān)節(jié)由40個執(zhí)行器組成，核心零部件包括絲杠、電機(jī)、減速器，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、直線關(guān)節(jié)、靈巧手合計(jì)成本占比超過50%。

數(shù)據(jù)來源：Tesla AI DAY

無框力矩電機(jī)
無框力矩電機(jī)可以用于模仿關(guān)節(jié)的活動，也可用于模擬肌肉的拉伸，具有高扭矩、性能穩(wěn)定和高精度等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足人形機(jī)器人要求。特斯拉Optimus就在14個線性執(zhí)行器和14個旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器中使用了無框力矩電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制并節(jié)省空間。無框力矩電機(jī)目前存在較高的技術(shù)壁壘。全球無框電機(jī)主要生產(chǎn)企業(yè)包括瑞士MAXON MOTOR公司、美國穆格公司（MOOG）、美國森薩塔科技公司（Sensata）、美國科爾摩根公司（Kollmorgen）、美國Novanta集團(tuán)等。其中，科爾摩根是全球最早研發(fā)出無框電機(jī)的企業(yè)。國內(nèi)只有少量廠商能提供品質(zhì)較高的無框力矩電機(jī)，市場呈頭部集中的趨勢。據(jù)公開資料顯示，國內(nèi)在無框力矩電機(jī)主要布局廠商包括步科股份、昊志機(jī)電、鳴志電器、鼎智科技、航天電器、微精電機(jī)等。根據(jù)覓途咨詢數(shù)據(jù)顯示，在國內(nèi)無框力矩電機(jī)市場中，國內(nèi)廠商步科股份的市場份額接近50%。

絲杠
絲杠是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動的傳動附件，具備較高的承載力和精度。根據(jù)摩擦特性可分為滑動絲杠、滾動絲杠和靜壓絲杠三類，其中滾動絲杠又可以分為滾珠絲杠和行星滾柱絲杠兩大類。

特斯拉機(jī)器人線性執(zhí)行器使用行星滾柱絲杠。滾柱絲杠負(fù)載高、壽命長且導(dǎo)程小，主要用于承載要求更高的大臂、大腿、小腿。絲杠在人形機(jī)器人上的應(yīng)用：

資料來源：Tesla day

絲杠全球市場格局方面，國外龍頭制造商 Rollvis、GSA和Ewellix市場份額占比分別為 26%、26%、14%。國內(nèi)絲杠領(lǐng)域以南京工藝、博特精工為代表，主要布局廠商還包括舍弗勒、北特科技、雙林股份、貝斯特、五洲新春、鼎智科技、斯菱股份、KGG 、新劍傳動、恒立液壓等。其中，新劍傳動、KGG 和五洲新春已經(jīng)研發(fā)出靈巧手部絲杠。國內(nèi)外絲杠主要布局廠商：

資料來源：中國設(shè)備工程

減速器
減速器是連接動力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間機(jī)構(gòu)，具有匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，是機(jī)器人使用的精密傳動裝置。作為人形機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，減速器對機(jī)器人的運(yùn)動性能起著決定性作用。由于人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)更接近人形，每個關(guān)節(jié)受力更加復(fù)雜，對減速器負(fù)載和電機(jī)響應(yīng)速度要求更高。人形機(jī)器人使用的減速器主要是諧波減速器、行星減速器和RV減速器。

諧波減速器是一種靠波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形波，通過其與剛輪的相互作用，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動和動力傳遞的傳動裝置。諧波減速器具傳動速比大，承載能力高，傳動精度高以及體積小等優(yōu)點(diǎn)，更適配于人形機(jī)器人。全球市場格局方面，國外廠商哈默納科已經(jīng)完成手指微型諧波減速器研發(fā)；國內(nèi)綠的諧波和宏勤自動化科技也有研發(fā)手部微型諧波減速器。綠的諧波2024年中報顯示，其超小型諧波減速器可以做到最小外徑為 6mm，適用于智能機(jī)器人手指關(guān)節(jié)。據(jù)公開資料顯示，綠的諧波全球市占率約為25%，位列國產(chǎn)第一，全球第二。當(dāng)前國內(nèi)諧波減速器主要廠商還包括來福諧波、德福機(jī)器人、大族精密傳動、同川科技、國茂股份、雙環(huán)傳動、豐立智能、光洋股份、優(yōu)德精密等。

此外，行星減速器可以在人形機(jī)器人部分關(guān)節(jié)替代諧波減速器。從市場格局來看，行星減速器整體行業(yè)進(jìn)入壁壘較高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝難度較大。在全球范圍內(nèi)，精密行星減速器市場主要被少數(shù)幾家企業(yè)所占據(jù)，德國企業(yè)處于領(lǐng)先地位，如德國紐卡特、德國威騰斯坦、德國賽威傳動等，其他競爭力較強(qiáng)的還有日本企業(yè)，例如日本住友、日本電產(chǎn)等。國內(nèi)科峰智能、紐氏達(dá)特、中大力德等本土供應(yīng)商引領(lǐng)國產(chǎn)替代。在RV減速器市場，日本納博特斯克處于壟斷地位，占據(jù)了我國市場一半以上的份額，海外主要廠商還包括日本住友等。國內(nèi)主要廠商包括雙環(huán)傳動、秦川機(jī)床、中大力德、南通振康、珠海飛馬、智同科技等數(shù)家企業(yè)都在大力發(fā)展國產(chǎn)RV減速機(jī)產(chǎn)品。

靈巧手
靈巧手是人形機(jī)器人的核心部件。

靈巧手原理是通過驅(qū)動空心杯電機(jī)，經(jīng)過行星減速器減速，再經(jīng)過渦輪蝸桿減速，拉動腱繩，實(shí)現(xiàn)手指的抓取。

靈巧手構(gòu)成包括6個執(zhí)行器（空心杯電機(jī)），11個自由度，自適應(yīng)抓?。黄渲心粗赣袃蓚€執(zhí)行器。

自由度角度看，海外特斯拉、ShadowHand、SCHUNK和ILDA已經(jīng)將DOF自由度做到20個以上。

國內(nèi)青龍靈巧手自由度做到19個，處于國內(nèi)較為領(lǐng)先地位。

抓握力角度方面，海外的QBhand和國內(nèi)的星動紀(jì)元較為領(lǐng)先，抓握力分別達(dá)到62N和80N。國內(nèi)市場上，因時機(jī)器人、傲意、騰訊RoboticsX實(shí)驗(yàn)室等企業(yè)也在積極布局，且具有低成本供應(yīng)鏈優(yōu)勢，未來國產(chǎn)靈巧手有望占據(jù)更多市場份額。

據(jù)特斯拉公開資料，特斯拉第三代靈巧手相比于第二代的變化為：手部增加了自由度，從11提升到22個，從而對應(yīng)的電機(jī)數(shù)量將可能從原本的6個提升到13-17個；驅(qū)動器搭載位置從手掌改為手腕部位。

靈巧手價值量最高的零部件為空心杯電機(jī)、絲杠、減速器、觸覺傳感器。

空心杯電機(jī)空心杯電機(jī)是人形機(jī)器人靈巧手的關(guān)鍵零件。人形機(jī)器人手指關(guān)節(jié)自由度提升，考慮到人形機(jī)器人的仿真性，其手指關(guān)節(jié)處需要配備體積小且能輸出較大力的電機(jī)，空心杯電機(jī)具備較強(qiáng)契合度。

空心杯電機(jī)占單臺機(jī)器人成本的4.43%，屬于占比較高的零部件環(huán)節(jié)。在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。其具有可靠的運(yùn)行穩(wěn)定性、高能量密度、啟動和制動迅速等優(yōu)勢?？招谋瓚?yīng)用領(lǐng)域較高端，設(shè)計(jì)及制造壁壘高，市場空間相對無刷、伺服等通用產(chǎn)品更小。全球競爭格局來看，海外品牌占據(jù)高端市場，國內(nèi)產(chǎn)品性價比優(yōu)勢明顯。海外廠商Maxon、Faulhaber、Portescap起步較早，在空心杯電機(jī)領(lǐng)域較為領(lǐng)先，2023 年外資企業(yè)市場份額達(dá)到 85%以上。國內(nèi)布局工業(yè)用空心杯電機(jī)的企業(yè)如鳴志電器、兆威機(jī)電、拓邦股份、鼎智科技、偉創(chuàng)電氣、禾川科技等正在加速切入人形機(jī)器人領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化降本。

感知系統(tǒng)
人形機(jī)器人的感知包括圖像識別、輸入信息處理、姿態(tài)解算和運(yùn)動控制。通過軟硬件協(xié)同工作，如3D視覺、相機(jī)、語音處理算法、慣性測量單元和控制算法等，以實(shí)現(xiàn)全面環(huán)境感知和響應(yīng)。

感知系統(tǒng)的傳感器是將機(jī)器人對內(nèi)外部環(huán)境感知的物理量變換為電量輸出的裝置，可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。人形機(jī)器人核心的傳感器包括力矩傳感器、視覺傳感器、觸覺傳感器，目前傳感器成本占比約24.7%。

六維力矩傳感器力矩傳感器是機(jī)械臂感知力度的重要部件。其中，六維力/力矩傳感器是壁壘最高的傳感器，成本及制造難度遠(yuǎn)高于單維力矩傳感器。人形機(jī)器人手腕、腳腕可使用六維力矩傳感器增加柔順控制能力。全球市場格局來看，歐美國家起步較早，ATI、AMTI等外資供應(yīng)商在靈敏度、串?dāng)_、抗過載能力及維間耦合誤差等方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢。早期我國研發(fā)團(tuán)隊(duì)多為國防軍工和科研院所，近年來國內(nèi)本土供應(yīng)商持續(xù)涌現(xiàn)，如宇立儀器、坤維科技、鑫精誠、海伯森、藍(lán)點(diǎn)觸控、神源生智能、瑞爾特測控等，均已有相關(guān)的產(chǎn)品落地并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。此外，昊志機(jī)電、柯力傳感、東華測試等已經(jīng)具備六維力/力矩傳感器的生產(chǎn)能力，部分產(chǎn)品型號開始進(jìn)入下游用戶的驗(yàn)證測試階段。
觸覺傳感器人形機(jī)器人靈巧手需要大面積低精度皮膚+高敏感指腹，手部傳感器中價值量最大的是觸覺傳感器。特斯拉Optimus-Gen2手部搭配觸覺傳感器，是相比上一代最大的邊際變化之一，有望引領(lǐng)行業(yè)新趨勢。市場格局方面，全球觸覺傳感器主要廠商有 Tekscan、Pressure Profile Systems、Sensor Products Inc.等，全球前三大廠商共約 占有 65%的市場份額。公開資料顯示，國內(nèi)布局了觸覺傳感器的公司有蘇州能斯達(dá)電子（漢威科技）、墨現(xiàn)科技、力感科技、瑞滸科技等、埔慧科技、帕西尼感知科技、韌和科技、他山科技、柔宇科技、宇博智能、常州福普生、上海澄科電子、常州柔希電子等。視覺傳感器人形機(jī)器人需要具備對外界環(huán)境的識別能力，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、避障、交互等功能，需要使用傳感器識別物體、測距等。視覺傳感器的本質(zhì)是為機(jī)器植入“眼睛”，利用環(huán)境和物體對光的反射來獲取及感知信息。

特斯拉最著名的AI算法是其機(jī)器視覺中的純視覺解決方案，該算法在人形機(jī)器人的制造中將其延續(xù)；此外，小米和宇樹等廠商大多使用多傳感器融合方案。人形機(jī)器人的視覺傳感器包括ToF深度相機(jī)、激光雷達(dá)、多目視覺等。其傳感器方案和需求場景與自動駕駛存在類似之處，因此價值量較高的自動駕駛類傳感器存在新的機(jī)遇。因此自動駕駛傳感器廠商、機(jī)器視覺廠商都是人形機(jī)器人傳感器的潛在參與者。公開資料顯示，視覺傳感器國內(nèi)主要布局廠商包括奧比中光、奧普特、天準(zhǔn)科技、凌云光、華?？萍嫉葟S商引領(lǐng)國產(chǎn)替代。國內(nèi)視覺傳感器相關(guān)公司產(chǎn)品布局及進(jìn)展：

資料來源：iFinD，各公司公告，中航證券

人形機(jī)器人競爭格局
當(dāng)前全球參與者已經(jīng)有數(shù)十年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，波士頓動力Atlas、本田ASIMO、KAIST HUBO、優(yōu)必選Walker、Agility Digit均為經(jīng)典產(chǎn)品代表，已展現(xiàn)出一定的運(yùn)動能力、執(zhí)行任務(wù)能力和環(huán)境適應(yīng)能力。國內(nèi)方面，在特斯拉引領(lǐng)人形機(jī)器人的這幾年里，國內(nèi)廠商包括小米、小鵬、傅利葉、智元、宇樹、達(dá)闥、追覓、開普勒等廠商也在加速入局人形機(jī)器人領(lǐng)域。

此外，具備自研AI處理器的廠商可以為人形機(jī)器人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供算力支撐，國內(nèi)代表廠商包括寒武紀(jì)、商湯科技、海光信息等。人形機(jī)器人的落地需要下游場景的數(shù)據(jù)融合，具備AI算法落地的廠商具有比較優(yōu)勢，代表廠商包括科大訊飛、海康威視、虹軟科技、商湯科技、云從科技、曠視科技等。

從產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展趨勢來看，全產(chǎn)業(yè)鏈模式有望成為未來人形機(jī)器人廠商的重要趨勢。包括在上游核心零部件領(lǐng)域取得技術(shù)突破、實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代的廠商；中、下游，“核心零部件生產(chǎn)+本體生產(chǎn)+系統(tǒng)集成”的全產(chǎn)業(yè)鏈模式的廠商將會獲得優(yōu)勢競爭地位。國內(nèi)供應(yīng)商有望憑借成本優(yōu)勢快速切入“本體+零部件”環(huán)節(jié)，加速關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)替代的進(jìn)程，完善產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)布局。