机器人报告

精密减速器是机器人核心零部件：减速器是连接动力源及执行机构的中间机构，起到匹配转速及传递转矩的作用。减速器主要分为一般传动减速器和精密减速器两类。一般传动减速器主要用于满足基础的动力传输需求，控制精度较低；而精密减速器则主要用于高精度、高稳定性的应用场景，如工业机器人等。工业机器人使用的精密减速器主要有谐波减速器、RV减速器和行星减速器三类，其能够影响机器人的定位精度及重复精度等，从而直接影响到机器人的整体性能。

关于人形机器人关节方案选型问题，业内存在诸多选型方案和争议。本篇报告从产品原理与需求现状出发，剖析了不同关节方案的选型依据及优劣势；并以特斯拉Optimus的选型为切入口，对人形机器人的产业化路径进行了推演和预判。

人形机器人的总体架构主要包括感知层、决策层和执行层，感知层主要通过各类型传感器实时感知机器人的状态和环境信息，将信息流传递给决策层后，经过大模型及算法等处理分析后得出决策方案，进而由执行层的执行机构完成对应的动作。在硬件层面，特斯拉 Optimus 拥有 14 个线性执行器、14 个旋转执行器和两只灵巧手，其中线性执行器的配置为无框力矩电机+行星滚柱丝杠+力传感器+编码器+驱动器+球轴承+四点接触球轴承；旋转执行器的配置为无框力矩电机+谐波减速器+力矩传感器+双编码器+驱动器+交叉滚子轴承+角接

从性能及壁垒排序，滚柱丝杠>滚珠丝杠>梯形丝杠，滚柱及梯形将受益于人形机器人爆发。丝杠是一种常见的机械传动运动，用于将旋转运动转为直线运动，可分为梯形、滚珠、滚柱丝杠等。其中梯形丝杠是一种滑动运动，适用于慢速、精度要求不高等领域，主要为切销工艺，已经成熟广泛推广，价格低，特斯拉人形机器人中将使用4根左右/台；滚珠丝杠和滚柱丝杠其运动原理类似，均是滚动运动，且加工设备基本相同，工艺具备同源性，但滚柱丝杠综合性能更优，包括承载力大、寿命长、体积小、速度快等，其加工工艺难，市场需求远不及滚

传感器是人形机器人中核心的感知部件，可以类比做人的感觉器官。传感器由敏感元件、转换元件及转换电路构成，可以按照输入量、转换原理、输出信号等多种方式分类。目前常见的传感器主要有电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、MEMS 传感器等。

人形机器人又称仿人机器人，灵感来源于人类的身体，集仿生学原理和机器电控原理于一体，涉及机器人本体结构、核心零部件、智能感知、驱动控制、支撑环境等主要模块。相比其他机器人，人形机器人高度更高、双足行走，需要保持相对平衡并适应不同行走环境，关节更多且受力复杂，对减速器负载和电机响应速度要求更高。

IMU（惯性测量单元）：姿态测量和惯导的核心传感器。IMU 是测量物体三轴角速率及加速度的装置，通常由两个及以上的加速度计和陀螺仪组成。IMU作为惯性定位技术的核心设备，经过误差补偿和惯性导航解算，最终输出载体相对初始位置的坐标变化量、速度等导航信息。IMU 按使用性能从低到高可分为消费级、工业级和军用级，不同级别的 IMU 在设计、制造和成本方面都有所差异，以满足不同领域对性能和可靠性的需求。IMU 下游应用广泛，涵盖从消费电子、汽车电子到工业与通信、医疗健康等各个领域。

人形机器人风起，潜在市场空间广阔。人形机器人是指具有与人类类似的身体结构和运动方式的智能机器人。人形机器人既需要极强的运动控制能力，也需要具备非常强的感知计算能力。人形机器人能适应各类现实生活场景，使得机器人能从专用转向通用，增大规模效应降低成本。人形机器人也被视为是实现具身智能的最佳物理形态之一。全球玩家正加速布局人形机器人赛道，下游应用场景有望打开，潜在市场空间十分广阔。特斯拉入局，加速人形机器人产业化落地。虽然此前技术水平和制造成本等问题使得人形机器人发展较慢，但特斯拉的入局，将加速人形机

电机原理与结构：电机是电能与机械能之间的转换装置，主要由定子、转子及其他附件组成，凡是需要将电能转化为机械能或将机械能转化为电能的地方都必须用到电机。

在我们的研究框架中，AGI、混合虚拟现实、元宇宙均描述的是未来成型的生态。AGI/虚拟现实的真正实现，首先依托于智能科技视角下的两条技术路径——混合平台、重构时空，人形机器人即混合平台的一种工程方案。智能科技视角下，chatGPT 是生产力范畴、MR 眼镜与人形机器人是不同的计算平台/新空间，我们预计其中 MR 眼镜将于 2024 年进入 C 端，人形机器人预计将于2026 年进入家庭 C 端。 国内外市场对人形机器人产业进程的分歧巨大（落脚于能否2026 年进家庭 C 端），源于硬件

“具身智能”通用人型机器人，特斯拉的长期价值来源。特斯拉正在开发可以实现“具身智能”的人形机器人Optimus。目前已能直立行走、抓取物体和工具。机器人将复用FSD视觉感知算法和Dojo超算，AI训练速度极大提升，同时有望引导电车供应链直接迁移。特斯拉认为Optimus将颠覆机器人行业，影响到教育、医疗、酒店、公共设施、住宅、零售等领域，未来预计需求达百亿台以上。市场空间巨大，产业链上游链条长应用广泛。通用人形机器人的灵活性和环境适应能力高，不需要特别改造环境，且使用寿命和残值比其他机器人更高。

滚珠/柱丝杠主要性能指标为精度保持性及疲劳寿命，受到加工工艺影响。滚珠/柱丝杠可以化旋转运动为直线运动，化滑动摩擦为滚动摩擦，因此提高了传动效率。滚珠/柱丝杠的主要性能指标为精度保持性及疲劳寿命，加工工序包括淬火、粗磨、精磨等，常用加工工艺包括砂轮磨削、车削、旋风铣等，其中主要由淬火、磨削环节决定性能差异。汽车智能化渗透率提升，促进滚珠丝杠应用，未来车端市场空间有望超百亿元。车中滚珠丝杠应用主要为：1）转向：REPS 采用滚珠丝杠，输出的推力可达 16KN（DP-EPS 最大推力为 12KN）。