1. 人形机器人：AI赋能，大规模应用临近
特斯拉机器人快速迭代，售价或限制在2万美元以内
特斯拉人形机器人Optimus（擎天柱）两年内从概念到样机落地，快速开发迭代： 2021年 AI Day，马斯克首次公布人形机器人的研发计划，并展示出真人扮演的 Optimus 概念机； 2022年 AI Day，特斯拉正式展出 Optimus 样机，展示了其直立行走、搬运、洒水等基本的行为能力； 2023 年 3 月 特 斯 拉 投 资 者 日 ， Optimus 展 现 出 平 稳 走 动 、 拧 螺 丝 的 能 力 ； 5 月 16 日 特 斯 拉 股 东 大 会 ， Optimus走路更加灵活自然、能够完成更加复杂的任务、更精确控制力度、并具有了环境探索与记忆等功能。 2022年特斯拉AI Day，马斯克预计到2025-2027年Optimus售价将控制在2万美元以内，成本大幅下降，市场 空间远期或超汽车业务。
特斯拉突破行业瓶颈的特有优势：产业链协同
特斯拉人形机器人可以复用电动汽车技术与产业链，加速商业化落地。Optimus采用汽车同款FSD芯片及算法， 使用Dojo超级计算机进行训练，在热管理系统、传感器、电池系统等诸多方面与汽车产品有共同之处，产业链更 易实现规模化效益。人形机器人与外界有更多交互，比汽车自动驾驶技术更为复杂，特斯拉可在车端AI技术的基础 上进一步深化升级。
人形机器人在特斯拉体系内有大量应用场景，可支撑其早期商业化落地规模应用。Optimus具有24小时高效、精 准工作的优势，可在特斯拉超级工厂中大量替代人类岗位，代替工人做一些危险、无聊、重复的工作，提高安全性 和生产效率。在Optimus成本下降至预期目标后，将其应用于汽车生产中可以有效降低人力成本、提高利润，还可 以在SpaceX火箭发射测试发挥重要作用。此类内部需求将支撑Optimus在商业落地的早期得到大量应用。
特斯拉为人形机器人带来大规模商业化曙光
人类对人形机器人的探索已超百年，但仍无法大规模商业化应用。早在1893年乔治·摩尔就设计能行走的蒸汽动 力机器人。1973年日本早稻田大学加藤一郎带领团队创造出世界上第一台人形智能机器人—WABOT-1。该机器 人集成 了肢体 控制系 统、视 觉系统 和对话 系统，胸部配 备了摄 像头，手部带 有触觉 传感器。2000年发布的 本 田 ASIMO（2000年发布）和2014年发布的美国波士顿动力公司发布初代Atlas机器人均获得广泛关注。
特斯拉有望凭借低成本优势成为首款规模化应用的人形机器人。近年来美日等国不断推进民用人形机器人研究，重 视使用AI等新技术提高人形机器人的智能化和自主化水平，已推出多款服务型人形机器人，适用于医疗、教育、物 流、仓储、工业等领域，但均成本高昂，无法大规模商业化应用。
人形机器人代替人类： 科技进步与社会发展大势所趋
科技趋势：具身智能机器人或成为第四次科技革命核心领域
“具身智能+机器人”有望大幅解放生产力，成为第四次科技革命的核心领域。历史上三次工业、科技革命发生的 根本原因是生产力无法满足社会发展需求，蒸汽机、电力、信息技术等突破性技术的出现，大幅提高了社会生产力， 对世界经济的发展具有深远影响。当前，全球经济增长乏力，上一轮科技突破的红利接近尾声，亟需新一轮科技革 命的出现。而具身智能机器人以AI、机器人领域技术不断突破为前提，并凭借“机器代人”、产业链长的特点，具 有广阔的发展空间。
社会趋势：人口老龄化与劳动力不足为人形机器人创造机遇
社会老龄化趋势加剧，为人形机器人提供机遇。随着经济和社会的进步，人口预期寿命进一步延长，生育率大幅下 降，全球老年人口占比持续上升。WTO预计，2030/2050年全球老年人口将增至14/21亿人，老龄化成为全球社 会的共同特征。人口老龄化将加剧劳动力供给紧张，企业用工成本不断提升。因此，许多行业尝试利用机器人应对 劳动力短缺和劳动力成本增加带来的挑战。
老龄化带来的陪伴和康养需求，为人形机器人带来新的落地场景。根据国务院发展研究中心公管所课题组测算，预 计“十四五”时期，我国老年人口将超过3亿人，其中80岁及以上的老人比重持续上升，养老护理人员缺口将进一 步加大。人形机器人在养老护理、医疗健康方面迎来广阔市场需求。
人形机器人属高端制造业，上下游产业链规模庞大
人形机器人产业链可以分为上游零部件及软件系统、中游本体及集成和下游终端应用。上游零部件和软件系统包括 传感器、伺服系统、控制系统等；中游是本体集成设计组装；下游是终端应用市场，包括医疗、教育、救灾救援等 不同场景的多个领域。
据艾瑞智数，在工业机器人中，控制器、伺服和减速器等主要零部件约占硬件成本的70%-85%。人形机器人上 游核心部件外，增加了体现算力水平的专用芯片。随着机器人感知、决策、控制、交互能力升级，软件系统与配套 技术支持在产业链中占比加大。但控制器、伺服和减速器等关键零部件仍是重点成本环节。
关节执行器国产替代大有可为
大脑和关节执行器是Tesla Bot的核心构成
Tesla Bot的主体在硬件上可分为大脑和躯干执行两大部分，采用电池组+电机驱动+刚性金属传动+串并联关节 分布+视/力/位传感器的设计方案。负责感知和控制的大脑复用了特斯拉汽车上FSD的芯片和算法，是特斯拉相对 于其他人形机器人公司的一大优势。躯干部分主要构成是集成电控的52V 2.3kWh电池包系统、28个执行器组成 的主要关节，以及一双11自由度的灵巧手。
三颗摄像头模拟人类视角，已具备环境识别和记忆能力
环境感知依靠正面三颗摄像头，可基本模拟人类视角范围。根据特斯拉2022 AI Day视频，特斯拉机器人头部布 置有一颗前部鱼眼摄像头、左右各一颗视觉摄像头。2023世界人工智能大会（WAIC）展出样机上所有摄像头均 位于正面，在面罩之下不可见；此外，耳部或设置有收音装置。
据2023年5月特斯拉股东大会视频，特斯拉机器人已经初步具备通过视觉自主识别、记忆周边环境的能力。移植 自FSD的Occupancy Network算法加速了特斯拉机器人视觉开发，可在此基础上按机器人使用场景重新采集环 境数据进行训练。
执行器与自由度的关系：一对一
机械物件在空间中有6个自由度，分别是沿X、Y、Z轴的平移，和绕X、Y、Z轴的旋转。通过三个平移自由度的 移动可以让物体到达任意空间位置，通过三个旋转自由度的旋转可以实现物件的任意姿态。
以特斯拉机器人肩部为例，大臂固定在躯干上，位置确定，平移自由度受限；通过3个旋转自由度可实现大臂的任 意姿态。
旋转执行器：以电机旋转运动驱动的旋转关节
根据2022 AI Day信息推测，特斯拉机器人旋转执行器的主要组成部件是无框力矩电机+谐波减速器+机械离合+ 力矩传感器+高低速双编码器+驱动器，其他零件还包括输入端的角接触球轴承和输出端的交叉滚子轴承等，与常 规仿人形机器人构造基本一致。需要注意，马斯克强调现有成熟方案均不符合特斯拉需求，各个执行器均采用的定 制化方案，这意味着零部件上均有创新可能，本报告所述方案并非最终冻结方案，所举例零部件仅供示意参考。 旋转驱动具有旋转轴强度高、摩擦小、可靠性好等优点。无框电机、谐波减速器和编码器等零部件是其中的高价值 量部件。
谐波减速器体积小巧重量轻，更适用于人形机器人关节
谐波减速器构造主要由带有内齿圈的刚轮、带有外齿圈的柔轮、波发生器三个基本构件组成。其原理是靠波发生器 使柔轮产生可控的弹性变形波，通过其与刚轮的相互作用，实现运动和动力传递。其特点是传动比大并且范围广、 精度高、空回小、体积小、重量轻、传动平稳、噪声小、可向密封空间传递运动等。 据绿的谐波招股书，与一般减速器相比，在输出力矩相同时，谐波减速器的体积可减少2/3，重量可减轻1/2，这 使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势，比其他精密减速器更适合人形机器人。但谐波减速器抗冲击 性能较差，需针对机器人摔倒等受冲击场景进行优化设计。
国内谐波和RV市场需求超百万台，市场增长可期
各类机器人需求增长可期，减速器市场前景广阔。减速器市场需求量与工业机器人市场高度相关，2022年受实体 经济增速放缓的影响，工业机器人下游占比较大的应用领域如传统汽车、3C行业等行情下滑，工业机器人增长不 及预期，减速器需求增长有所收缩。但是在智能制造转型升级的大环境下，随着人形机器人等各类机器人的快速发 展，预计减速器市场规模将在未来几年持续扩大。据GGII预计，2023-2026年，中国工业机器人用减速器需求总 量约776万台；据中商产业研究院预测，2025年谐波和RV减速器市场规模可达93.2亿元。
6执行器11自由度模仿人类灵巧手
特斯拉人形机器人每只灵巧手具备11个自由度，使用6个执行器，可负重20磅（9.07kg）。我们推测其机械构造 上采用：空心杯电机+行星减速箱+蜗轮蜗杆+线传动的方案。在空心杯行星减速电机（包含空心杯电机和多级行星 减速器）之后布置了一级蜗轮蜗杆，该机构可实现空心杯电机旋转方向的转换以连接线传动，又可利用蜗轮蜗杆的 自锁特性在不需要电机驱动的情况下，保持抓握能力，从而提升灵巧手的负载能力，降低能耗。
结构小巧力量大，空心杯电机大展身“手”
空心杯电机结构紧凑，功率密度高，用于手部具有突出优势。空心杯电机属于永磁直流伺服电 机，其结构特点在于电枢铁心上没有齿和槽, 与等同条件下的齿槽电机相比具有输出功率密度 大、转矩波动小、电气时间常数小、体积小重量轻、 转子转动惯量小和无齿槽效应等优点，提 高了电机的快速响应性能，使电机的运转特性得到了极大改善。 空心杯电机应用在行星减速齿轮箱上，这种组合体称为空心杯行星减速电机。空心杯减速电机 广泛应用在智能家居、智能汽车、智能通讯、智能穿戴设备、智能机器人、电动工具、个人护 理设备、智能医疗等行业的微型驱动系统领域。
报告节选：
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
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