【财通证券】机器人行业深度报告：人形机器人大时代来临，关注各环节产业机遇.pdf

2023-07-12

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1 人形机器人产业化加速，或将成为下一个万亿市场

1.1 人形机器人是 AI 重要载体，下一个万亿市场即将来临

在千行百业数字化转型的巨大需求牵引之下，全球机器人行业蓬勃发展。根据国家标准委于 2020 年 11 月发布的 GB/T 39405-2020，机器人按照应用领域可分为工业机器人、个人/家用服务机器人、公共服务机器人、特种机器人和其他应用领域机器人。根据中国电子学会《中国机器人产业发展报告(2022 年)》指引，预计 2022 年全球机器人市场规模将达到 513 亿美元，其中工业机器人市场规模将达到 195 亿美元，服务机器人达到 217 亿美元，特种机器人超过 100 亿美元。另外根据报告指引，预计 2024 年全球机器人市场规模将有望突破 650 亿美元。

相比一般机器人，人形机器人具有更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统。人形机器人是指外观和功能与人相似的智能机器人，比一般机器人具有更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统，有的具有类人的感知、决策、行为和交互能力，被誉为人工智能的最终形态，其设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互，从而辅助甚至替代人类的生产生活。

人形机器人需要更高的感知能力、运动控制能力、交互能力。 (1) 感知能力：人形机器人往往处于非结构化环境，面临的场景更多样，环境不确定性更高，需要具备极强的环境感知能力和非结构化场景作业能力； (2) 运动控制能力：体型上更类人，体积重量有所受限，同时需要实现步态行走，对运动控制也提出了更高的要求； (3) 交互能力：人形机器人面临解决情感陪伴的服务需求，与人打交道次数更多，需具备较强的人机交互能力。

人形机器人是 AI 领域的重要载体，或将造就一个新的万亿级市场。人形机器人离不开机器视觉与神经网络，前者通过目标追踪、图像描述、场景理解等生成数据，后者模仿人脑对生成的数据进行算法处理，从而令人形机器人完成各自任务，而无论是机器视觉或神经网络都与Al息息相关。英伟达创始人黄仁勋在ITF World 2023 半导体大会上表示，具身智能（Embodied AI）是能理解、推理、并与物理世界互动的智能系统，是人工智能的下一个浪潮，AI 与机器人的融合可以实现机器人的最终体，具有很好的想象空间。长期来看，我们认为人形机器人销量预计不低于现有汽车行业水平，甚至能到达与人口 1:1 的水准，根据世界汽车工业协会（OICA）最新数据显示，2022 年全球汽车销量约为 8163 万辆，假设人形机器人与汽车销量一致，按照人形机器人单价 2 万美元（马斯克在 AI Day 提出的价格）计算，人形机器人市场规模约 11.43 万亿元（汇率按照 7 计算），潜在市场空间巨大。

1.2 人形机器人发展历史超过 50 年，产业化速度开始加快

人形机器人研究起步于双足行走的模仿，推动迈向自主式机器人。人形机器人的发展历程可以追溯到 20 世纪初，经历了从简单的机械装置到现代复杂智能系统的演变。早期的人形机器人主要是木偶和机械式自动装置，受制于技术水平的限制。随着科技的进步，人形机器人逐渐具备了更高级的功能，如自主运动、环境感知和人机交互等。1969 年，日本早稻田大学加藤一郎实验室率先解决了机器人双足行走问题，研发出第一台以双脚走路的仿人机器人，揭开了人形机器人研究的序幕。1973 年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出世界上第一台真人大小的自主式人形智能机器人“WABOT-l”，在 WL-5 的基础上配置机械手及人工视觉、听觉装置组成。

人形机器人在控制方法和人工智能技术不断更迭的基础上取得了迅速发展，商业化条件日益成熟。21 世纪以来，机器人的行走能力、智能化和功能越来越强大， 2000 年本田公司推出的 ASIMO 机器人可以做到同多人对话，是行业的典范。2015 年，日本软银研制的 Pepper 机器人开启市售是人形机器人走入大众市场的重大尝试，2021 年波士顿动力旗下 Atlas 的跑酷视频一经发出便收获百万点赞，同年英国 Engineered Arts 开发设计的“世界最优秀”仿生机器人 Ameca 亮相，已可以做出极其逼真的人类表情。另外，电动车巨头特斯拉在 2021 年宣布将开展人形机器人计划，其研发的 “Optimus”机器人原型机在 2022 年特斯拉 AI Day 正式亮相。近年来，波士顿动力、敏捷机器人、特斯拉等陆续推出人形机器人产品，功能与应用场景各有不同。波士顿动力推出的 Atlas 机器人专注于强化“运动智能”的能力，2018 年可实现左右脚交替三连跳 40cm 台阶，2021 年完成高难度跑酷动作；敏捷机器人推出的 Digit 机器人致力于制造行走机器人，是世界上第一款销售的两足机器人； Engineered Arts 推出的 Ameca 机器人关注于制造人形娱乐机器人，具有 12 个全新的面部致动器，经过面部表情升级后，能对着镜子眨眼、抿嘴、皱眉、微笑，号称是“全球最先进的人形机器人”；Optimus (特斯拉) 根据 2022 AI Day 介绍，将首先应用于特斯拉汽车的驾驶辅助系统，也就是用于车载，承载能力为 20 公斤，该机器人的建议任务是“危险、重复、繁琐”的任务，例如提供制造协助。

国产人形机器人发展迅速，优必选、小米陆续推出相关产品。优必选的 Walker 机器人系列是中国机器人厂商在世界范围该领域的代表性产品，经过数次迭代升级， 2020 年全新 Walker X 机器人在步态规划与控制、柔顺力控、全身运动规划等核心技术方面进行了重点升级；小米推出的 CyberOne 机器人可感知人类情绪，视觉敏锐、可对真实世界三维虚拟重建，可实现双足运动姿态平衡，四肢强健、动力峰值扭矩 300NM 等领先技术能力。

2 从特斯拉 Optimous 看人形机器人核心部件

2.1 运动执行机构是目前行业发展的核心

人形机器人在传统机器人基础上有较大的技术跨越，目前主要聚焦于运动控制能力的提升。长期来看，人形机器人有更强的柔性化水平，更好的环境感知能力和判断能力，在运动控制能力、环境感知能力和人机交互能力上均需要有较大的突破。目前人形机器人首要需要解决的问题是如何实现像人一样去运动，并且能够兼顾可靠性、成本的因素，人机交互、环境感知等环节也会在未来长期发展之中逐步完善。

人形机器人产业链与工业机器人产业链有一定相似性，上游是核心零部件以及 AI 配套基础设备与技术，中游为机器人生产和集成商，下游为各种应用领域。核心零部件包括减速机、传感器、电机、运动控制器等。

2.2 特斯拉擎天柱 (Optimus) 执行机构分析

从特斯拉公布的方案来看，其结构执行器有 28 个，主要分为旋转执行器和线性执行器两大类。擎天柱 (Optimus) 旋转执行器主要分布于肩髋等需要大角度旋转的关节，线性执行器分布于膝肘等摆动角度不大的单自由度关节和腕踝两个双自由度但是体积紧凑的关节。

根据参数和结构的不同，特斯拉公布了 6 种规格的执行器，其中旋转执行器包括 20NM、110NM 和 180NM 三种，线性执行器包括 500N、3900N、8000N 三种。旋转执行器采用谐波减速器+电机的方案，线性执行器采用丝杠+电机的方案，特斯拉研制了反转式行星滚柱丝杠执行器，能够承受半吨重的压力。对于手掌关节，其采用了空心杯电机+蜗轮蜗杆的结构，单手具备 11 个自由度。

2.2.1 特斯拉目前采用谐波减速器方案，行星齿轮减速器等方案也具备潜力

减速机是机器人的核心精密零部件之一，技术壁垒高。减速器又称减速机，是一种动力传达机构。减速机的工作原理是把原动机的动力通过减速机的输入轴上齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，是影响机器人性能的核心因素。减速机由齿轮、箱体、轴承、法兰、输出轴等几个主要部件组成。根据绿的谐波招股说明书介绍，精密减速器制造对材料、设备、工艺等多个环节都有严格要求，具有明显的投资门槛高、技术难度大等特点，行业壁垒极高。

减速器可根据传动精度、传动类型、传动级数、齿轮形状和传动布置形式等方式分类。根据传动类型的不同，通用减速器可以分为齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器等，根据传动级数的不同可以分为单级减速器和多级减速器。根据精度不同可以分为一般传动减速器和精密减速器，精密减速器具有回程间隙小、精度较高、使用寿命长、稳定性高等特点，通常在数控机床、机器人、航空航天等领域有应用，精密减速器包括谐波减速器、RV 减速器、摆线针轮行星减速器、精密行星减速器等。

机器人为精密减速器最主要下游，机器人用减速器主要有谐波减速器、RV 减速器、行星齿轮减速器等。根据观研天下数据，我国精密减速器下游应用中，工业机器人占比 44.9%，是最大的下游应用。一般来说，机器人的每个关节都需要配置一台减速器，减速器的选型需要综合考虑体积、减速比、扭矩和价格等方面因素，不同的机器人有不同数量的关节，而且负载不同，所用的减速器也不同。一般而言，重载的关节多使用 RV 减速器，轻载关节一般用谐波减速器。

以工业机器人为例，精密减速器属于其核心部件，成本占比 30%。机器人上游核心部件主要包括是减速器、伺服系统和控制器，其中减速器占机器人成本的 30%，伺服系统占成本的 20%，控制器占成本的 10%，减速器是价值量最大的核心部件。控制器、伺服系统和谐波减速器国内厂商已经实现突破，目前 RV 减速器仍然大量依靠进口。目前减速器的毛利率约 40%，高于伺服系统/控制器和本体制造，且目前减速器仍然具有较高的技术壁垒。

精密减速器包括谐波减速器、RV 减速器、精密行星减速器、摆线针轮行星减速器等。

(1) 谐波减速器：谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三大基本零件组成。谐波减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波，通过柔轮与刚轮的相互作用实现运动和动力传递的传动装置。谐波减速器在机器人应用中常用于小臂、腕部和手部等小关节部位。

谐波减速器凭借其多项优点在轻负载精密减速器领域中占据主导地位，且应用广泛。除了机器人领域外，其在医疗器械、数控机床、光伏设备和半导体设备等领域均有应用前景。谐波减速器的主要优点有：（1）传动精度高：多齿在两个 180 度对称位置同时啮合，使得齿轮齿距误差和累计齿距误差对旋转精度的影响较为平均，可得到极高的位置精度和旋转精度。（2）传动比大：单级谐波齿轮传动的传动比可达 30-500，且结构简单，三个在同轴上的基本零部件就可实现高减速比。（3）承载能力强：在谐波传动中，齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数比较多，因而单位面积载荷小，承载能力较其他传动形式高。（4）体积小、重量轻：相比普通的齿轮装置，该齿轮结构体积和重量可以大幅降低，实现小型化、轻量化。在输出力矩相同的前提下，相较一般减速器，其体积可减少 2/3，重量可减轻 1/2。

(2) RV 减速器： RV 减速器结构复杂，主要三大零部件为中心轮和行星轮、摆线轮和曲柄轴。RV 减速器，全称旋转矢量(Rotary Vector)减速器，与摆线针轮减速器同源，由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成，因此内部结构会比谐波减速器更加复杂。RV 减速器在机器人应用中常用于转矩大的腿部、腰部和肘部等关节部位。

RV 减速器作为工业机器人关节的高精密减速传动装置具有多项优点且应用广泛。除了机器人领域外，其在医疗检测设备、机床和卫星接收系统等领域均有应用广泛应用。RV 减速器的主要优点有：（1）传动效率高：摆线针轮行星减速装置中的传动零件刚度高、接触应力小，零件加工和安装精度易于实现高精度。（2）体积小、质量轻：行星传动结构与紧凑的 W 输出结构组合，使得整个摆线针轮减速装置结构十分紧凑。（3）传动比大：采用一齿差或少齿差传动，摆线针轮传动的传动比大小摆线针轮的齿数，齿数越多，传动比越大。（4）承载能力强：摆线针轮传动同时啮合的齿数要比渐开线外齿传动同时啮合的齿数多。（5）寿命长：摆线轮和针轮的轮齿均淬硬、精磨，比渐开线少齿差传动中内齿轮的加工性能更好、齿面硬度更高。

(3) 行星减速器：行星减速器也称为行星齿轮减速器，是齿轮减速器的一种，行星减速器使用行星齿轮来达到减速效果，其原理和齿轮减速机相同。行星减速机中均匀分布在四周的圆柱齿轮在内齿轮和外齿轮之间围绕一个同心圆做运动，圆柱齿轮的循环运动类似于太阳系中的行星运行轨迹。因此，行星齿轮减速机也叫行星减速机。行星减速机主要用于传递必要的力矩，齿轮数量越多，其齿轮的负载面越大，承载能力越强。行星减速机以其体积小、传动效率高、减速范围广、精度高等诸多优点，而被广泛应用于伺服、步进、直流等传动系统中。行星减速器减速比通常在 3~10 之间，减速机级数一般不超过 3，但有部分大减速比定制减速机有 4 级减速。行星减速器精度可以做到 1 分以内，单级传动效率在 97%~98%。

(4) 摆线针轮减速器：摆线针轮减速机是一种应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的新颖传动装置，其全部传动装置可以分为三部分，包括输入部分、减速部分、输出部分。输出轴装有一个错位 180°的双偏心套，偏心套上装有两个滚柱轴承，形成 H 机构，两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿轮相啮合，以组成少齿差内啮合减速机构。摆线针轮减速机工作时，摆线轮的运动具有公转也有自传，在输入轴正转一周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向上转过一个齿差从而得到减速。

摆线针轮减速机具有结构紧凑、单机传动比大、运转平稳、可靠性高、拆装方便等优点，在许多情况下可以替代普通圆柱齿轮减速机及蜗轮蜗杆减速机。摆线针轮减速机的单级转动比能达到 87，两级减速时转动比为 121-5133，其效率在 90%以上。其原理与行星减速器类似，结构比较紧凑。不过摆线针轮减速机也有成本较高，传递功率较小，寿命相对较短的缺点。摆线针轮减速机可广泛用于石油、环保、化工、水泥、输送、纺织、制药、食品、印刷、起重、矿山、冶金、建筑、发电等行业。

谐波减速器具有结构紧凑，传动比大的特点，也是特斯拉机器人主要采用的减速器产品，但成本方案也有望在后续量产中得到应用。谐波减速器在工业机器人上有广泛使用，而人形机器人对于减速器体积、传动比、重量等有较高要求，考虑到人形机器人的集成度要求和负载要求，谐波减速器基本可以满足人形机器人的要求，也是特斯拉目前采用的主要方案。介于目前人形机器人成本较高，不排除未来适用其他低成本方案的可能性，行形齿轮减速器等产品也有一定概率进入人形机器人市场。

2.2.2 滑动丝杠和行星滚柱丝杠为线性执行器的核心部件

丝杠是一种将旋转运动转变为直线运动的机械装置。由于丝杠具有传动、调节、定位、支撑等多种用途，其在机械设备和仪器仪表领域有着非常广泛的应用，比较典型的应用场景有机床、光学仪器和测量仪器等。其中，高端机床设备、航天航空、机器人制造、自动化生产线等领域的不断发展，对高精度的丝杠产品有了更广泛和迫切的需求。丝杠有多种类型，其中梯形丝杠、滚珠丝杠运用范围广泛，滚柱丝杠未来前景广阔。按照丝杠的摩擦特性可以分为滑动丝杠、滚动丝杠和静压丝杠。1）滑动丝杠按牙型可分为三角形、梯形、锯齿形和矩形丝杠，市面上最常见的为三角形，主要用于联接，与三角形丝杠相比，梯形、锯齿形和矩形丝杠具有更高的效率和更好的传动性能，主要用于传动。2）滚动丝杠主要分为滚珠丝杠和滚柱丝杠两大类，滚动丝杠的制作难度普遍高于滑动丝杠，滚珠丝杠具有摩擦力小，传动效率高和精度高的有点，因此得到了较为广泛的应用；与滚珠丝杠相比，滚柱丝杠具有更高的承载能力、效率、可靠性和更强的刚度、耐用性，与此同时，由于其要求制作工艺更复杂，制作成本更高，应用范围受到一定限制，滚柱丝杠中行星滚柱丝杠近年来尤其受到关注。3）静压丝杠摩擦小使用寿命长、减震性好，常用于精密机床和数控机床的给进机构中。

滚珠丝杠，又名滚珠丝杠副，是工业精密机械中常用的传动元件。其主要结构包括滚珠丝杠、滚珠螺母、滚珠三部分。丝杠轴为螺母运动的导向轴，其表面具有螺纹，滚珠在螺纹内运动。螺母由预压片、反向器、防尘器等组成，是直线运动的移动体，带动滚珠循环机制；其端部密封件用于封装润滑零件、防止异物进入。滚珠是利用低摩擦系数维持整个零部件运转的媒介。根据螺母中的滚珠循环方式，滚珠丝杠可分为外循环、内循环、端盖式。a) 外循环是指滚珠在循环过程结束后与丝杠脱离接触，通过螺母外表面的螺旋槽或插管返回丝杠螺母。该方式制造工艺简单，使用广泛，但由于滚道接缝处很难做得平滑，因此滚道平稳性略差。b) 内循环是指滚珠始终与丝杠保持接触，通过反向器实现循环。反向器分圆柱凸键反向器、扁圆镶块反向器两种，其中后者尺寸较小，可以减小螺母径向尺寸并缩短轴向尺寸，但其对反向器外轮廓和螺母上切槽尺寸的精度要求较高。 c) 端盖式为早期结构，其缺点较多，目前已被淘汰。

滚珠丝杠的主要功能是将旋转运动转化为直线运动，化滑动摩擦为滚动摩擦。滚珠丝杠的螺母和螺杆表面加工成凹弧，形成螺纹滚道，滚珠置于滚道之间，形成滚珠螺杆组件。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面通过滚珠推动螺母轴向移动，滚珠的滚动使得丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。同时，滚珠通过反向器或螺旋槽进行循环，构成闭合回路。行星滚柱丝杠是柱形滚动体环绕丝杠轴做行星运动的机械装置，主要组成元件包括丝杠轴、螺纹滚柱、内齿轮、行星架、挡圈和防尘圈等。标准式行星滚柱丝杠的配套电机由连轴器连接丝杠轴，驱动主轴旋转啮合螺纹滚柱，螺母内滚柱做行星运动时发生轴向位移，将电机提供给丝杠轴的旋转运动转化成螺母的直线往复运动。

滚柱丝杠主要应用于军工及高精尖的民用领域。滚柱丝杠属于螺纹丝杠的高精尖分支，国内研究应用及规模化量产尚处于初级阶段，而在海外，除军用领域外，滚柱丝杠已应用于塑料成形、汽车与飞机产业拉削、机电压力机、铆接焊接、石油天然气、铁路、钢铁、模拟器等多种民用领域的高精尖方向。为适应不同应用环境，滚柱丝杠在标准式行星滚柱丝杠的基础上衍生出多种派系：如应对小行程工作场景紧凑空间需求的反转式丝杠，应对医疗器械和精密光学领域的刚度能力需求的循环式丝杠，应对重型机械重载需求的轴承环式丝杠和应用于传动较大场合的差动式丝杠。

滚柱丝杠相比滚珠丝杠具有高承载和长寿命的性能优势，更加可靠。滚珠丝杠传递载荷元件是滚珠，通过钢球的点接触受力，而滚柱丝杠以滚柱替代滚珠，通过螺纹之间的线接触承载压力，相同体积空间内，滚柱丝杠的受力承载面积约为滚珠丝杠的 15 倍，因此滚柱丝杠承载能力更强、使用寿命更长。同尺寸条件下，滚柱丝杠的额定动载荷可为滚珠丝杠的 3-4 倍，寿命约为滚珠丝杠的 15 倍；滚柱丝杠额定静载荷高，抗冲击能力强，轴向承载力为滚珠丝杠的 3-6 倍，而滚柱丝杠在受到震动时钢球容易冲击形成塑性变形。

滚柱丝杠导程范围大、噪音低、维护方便，具有更强的可用性。滚柱丝杠相较于受限于钢珠直径的滚珠丝杠，可通过调整螺纹头数使导程达到更小的微米级，导程范围更大。大多滚柱丝杠无需循环返回装置，具有高速和低噪音的优势。滚珠丝杠拆卸时副滚珠易散落，而滚柱丝杠更便于维护，仅需将丝杠旋回螺母。特斯拉人形机器人目前使用了多套反转式行星滚柱丝杠和滑动丝杠，其中反转式行星滚柱丝杠主要用于下肢等承载力较大的部位，也是目前执行机构中成本最大的零部件之一。

2.2.3 无框力矩电机与空心杯电机为主流方案

电动机是一种常见的动力输出装置，产品分类较多。电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，分为电动机和发电机，电动机可作为动力输出装置。电机分类较多，按照工作电源分类可分为直流电机和交流电机，直流电机可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机，交流电机可分为同步电动机和异步电动机。从用途上看，电动机可以分为驱动类电机和控制类电机，驱动类电机是将电能转换成机械能，主要应用在电钻、小车轮子、电风扇、洗衣机等设备上，典型电机包括直流电机等。控制类电机是将脉冲信号转换成一个转动角度的电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，主要应用在自动化仪表、机器人、自动生产流水线、空调扇叶转动等设备，典型电机包括伺服电机、步进电机等。

伺服电机由定子、转子、轴承、编码器等核心部件构成，编码器是检测电动机转速和位置的传感器。编码器还可分为绝对式编码器和增量式编码器，绝对式编码器可检测电动机旋转一圈内的绝对位置，并输出旋转角度的绝对位置。

特斯拉人形机器人主要采用无框力矩电机。无框力矩电机是力矩电机的一种类型，力矩电机是伺服电机的一种，因此无框力矩电机也是一种特殊的伺服电机。力矩电机是一种特殊类型的无刷永磁同步电机，是一种具有软机械特性和宽调速范围的伺服电机。而无框电机是一种新型力矩电机，由独立的转子和定子部件组成，这些部件分别安装到机械设备中，以将扭矩传递给负载。无框电机精简了设备的结构、减小了整体的空间。无框电机取消外壳和轴承，通过精心的结构设计，定子和转子分别直接固定至机械设备上，与人形机器人执行器结构比较契合，因此在人形机器人上有望大量使用。由于无框力矩电机的负载直接连接转子，无需传动件，无框力矩电机也属于直驱电机。

根据 insightSLICE 预测，2022 年无框无刷直流电机的市场规模估计为 8.55 亿美元，预计 2032 年将会达到 16.67 亿美元，复合增长率为 6.9%。从全球市场来看，国外制造商包括科尔摩根、尼得科、Allied Motion、Parker Hannifin、Akribis Systems、 Pranshu、Moog Inc.等，国内制造无框电机的企业主要有步科股份、绿的谐波、昊志机电等。

特斯拉人形机器人在手掌部位还使用了空心杯电机，空心杯电动机属于直流永磁的伺服、控制电动机，也属于微特电机。空心杯电动机具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行特性，技术先进性十分明显，目前空心杯电机是人形机器人手掌部位的主流方案。作为高效率的能量转换装置，在很多领域代表了电动机的发展方向。与传统的电机相比，空心杯电机具有许多独特的特点。首先，由于其内部结构较为简单，因此可以实现更高的转速和功率密度。其次，由于内部空心结构的设计，使得电机整体更加轻量化和紧凑，适合于各种特殊场合的应用。此外，在响应速度、低噪音、精准控制等方面也具有独特的优势。空心杯电机可分为有刷和无刷两种，有刷电机（又称直流有刷无铁芯电机）转子无铁芯，无刷电机（又称无刷无齿槽电机）定子无铁芯。

根据 QY Research 预测，2022 年全球空心杯电机市场规模为 7.48 亿美元，预计 2028 年将达到 11.86 美元，复合增长率为 8%。目前空心杯市场被德国 FAULHABER、瑞士 Maxon 主导，鸣志电器、鼎智科技等为我国空心杯电机主要生产商，同时伟创电气等企业也在加速布局相关产品。

2.2.4 力矩传感器是运动控制实现闭环的重要部件

力矩传感器（Torque sensor）是一种用于测量或检测物体扭矩或力矩的装置。力矩是指施加在物体上的力和物体的转动半径之间的乘积。机器人力矩传感器可以将机器人的动力学特性转换为实时测量的数字信号，使得机器人可以通过控制算法实现各种精准的运动和控制。特斯拉人形机器人在全身也使用了多个力矩传感器以保障去运动控制精度，从而实现特定的运动操作。

根据原理的不同，力矩传感器可以分为应变计式力矩传感器、磁敏式力矩传感器、电容式力矩传感器、振动式力矩传感器、光学式力矩传感器。力矩传感器在测量的时候不会受到拉向载荷，而是受到杠杆力矩或扭矩的影响，产生扭转。因此，扭矩传感器需要采用特殊的应变计来测量这种类型的载荷，即扭矩。根据力矩传感器结构的不同，可以分为轴式力矩传感器和法兰力矩传感器。

六维力传感器或六轴力矩传感器具有在多个方向上测量力和力矩的能力，包括三个线性力（X、Y、Z 轴）和三个力矩（扭矩）（绕 X、Y、Z 轴）。对此对应的是单轴扭矩传感器（Single-axis Torque Sensor），轴扭矩传感器是一种用于测量沿单一轴向的扭矩的传感器，它专门设计用于测量沿单个方向的扭矩，而不考虑其他方向的扭矩。这些传感器通常用于需要测量特定轴向扭矩的应用场景。六轴技术在轴式扭矩传感器中的应用可以带来更广泛的功能和更高的技术含量。具有以下优点：（1）多维度测量：六轴力矩传感器能够同时测量多个方向上的力和力矩，提供更全面的力矩信息。（2）空间力矩测量：六轴力矩传感器可以提供绕 X、Y、Z 轴的力矩测量，可用于测量物体在三维空间中的力矩和转动情况。（3）多轴力矩控制：六轴力矩传感器的输出可以用于实时控制和调整多个轴上的力矩，广泛应用于机器人技术、装配工艺控制等领域。（4）精确性和灵敏度：六轴力矩传感器通常具有高精度和高灵敏度，能够提供准确和可靠的力矩测量结果。

市场规模将超百亿美元，外资企业占据领导地位。2020 年全球扭矩传感器市场价值 67.3 亿美元，根据 Mordor Intelligence 预测，2026 年全球扭矩传感器市场价值将达到 116.3 亿美元，2021-2026 年期间的复合增长率为 9.68%。全球主要的力矩传感器制造商包括 ATI Industrial Automation、Robotiq、Nordbo Robotics、 OnRobots、HMB、WACOH 等。

3 重视确定性环节机会，关注产业链扩散机遇

3.1 执行机构成本过高，产业链有望扩散

人形机器人目前还处于行业比较早期的阶段，核心部件以及产品最终形态并未完全确定，因此很多环节还有较大的不确定性。不过部分环节有较高的确定性，在目前特斯拉方案中已经得到应用，并且有比较明确的供应商或者测试产品，包括执行机构总成、谐波减速器、空心杯电机等，相关行业的公司未来有望在人形机器人在国内逐步量产的过程中直接受益。丝杠、行星齿轮减速器、无框力矩电机、力矩传感器、编码器等板块目前产品形态，核心供应商等还未明确形成，我们认为可以保持比较开放的态度观察行业发展的动向。

目前执行器方案成本较高，降本压力巨大。以旋转执行器为例，按照无框力矩电机、谐波减速器、驱动器及其他部件的成本分别为 1000 元、1500 元、1000 元计算，关节总成成本约 2500 元。对于线性执行器，按照无框力矩电机、反转式行星滚柱丝杠、驱动器及其他部件的成本分别为 1000 元、10000 元、1000 元计算，关节总成成本约为 12000 元。考虑到还有滑动丝杠的使用，28 个执行器关节成本约 16 万元，距离马斯克提到量产后销售价格 2 万美元的目标，仍有较大差距。我们认为，执行器目前成本较高，执行器仍然是未来人形机器人降本的关键部分。

行星减速器、滑动丝杠等低成本方案或迎来成长机遇。行星齿轮减速器由于精度较差，在传统的工业机器人领域使用场景很少，但是其成本较低，以中大力德产品为例，其行星齿轮减速器销售单价仅为数百元。在降本的压力下，行业内或许也会在部分产品上使用行星齿轮减速器产品。与此相似的还有丝杠类产品，反向式行星滚柱丝杠成本较高，未来滑动丝杠、滚珠丝杠等其他丝杠类产品也具备一定的成长潜力。

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