人形机器人专题报告三：拆解人形机器人结构，寻找高价值量细分领域

2024年01月23日 拆解人形机器人结构，寻找高价值量细分领域 人形机器人专题报告三 投资要点 机器人 投资评级：推荐（维持） 特斯拉Optimus代表当前商业化人机产品的最快速度与先进技术，值得作为案例深入研究。短短两年半时间内Optimus共迭代3次，期间亦有产品新进展发布，当前工作能力、灵活程度、静态稳定性、智能水平已达到同行先进水平。在业务规划和招聘节奏上加紧步伐，可复用造车技术与供应链，商业化较快。 分析师：曾文婉分析师登记编码：S0890521020007电话：021-20321380邮箱：zengwenwan@cnhbstock.com 以特斯拉Optimus为例，对人形机器人的运控、感知硬件结构进行拆解，对人机软件算法方案进行分析。 运控——执行器方案：Optimus执行器采用刚性驱动器（TSA）方案。全身执行器分为——旋转关节（14个）、直线关节（14个）与空心杯/灵巧手关节（12个）。旋转关节由定制的永磁电机（无框力矩电机）+角接触球轴承+谐波减速器+交叉滚子轴承+力矩传感器+位置传感器（双编）+驱动器+机械离合器+关节CNC件组成，线性关节由永磁电机（无框力矩电机）+球轴承+四点角接触轴承+反向式行星滚柱丝杠+力传感器+位置传感器（单编）+驱动器+关节CNC件组成，空心杯关节由空心杯电机+多级行星减速器+蜗轮蜗杆+位置传感器（双编）+驱动器+金属腱绳构成。 销售服务电话：021-20515355 感知——传感器方案：视觉感知上，Optimus主要采用纯视觉方案（3D多目视觉）。力觉感知上，除了各执行器的力/力矩传感器（内部传感器）外，Gen2在手部和脚底新增了触觉传感器，在脚踝与手腕处增加了多维力传感器。 软件——环境感知、思考决策、运动控制软件方案：特斯拉打通FSD在自动驾驶和Optimus中的底层模块，在一定程度上实现算法复用，并在不同模块（环境感知、思考决策、运动控制）上进行了机器人适用性优化。环境感知上，Optimus复用了占用网络模型来感知与理解周围物体，获取场景中物体的相关信息。相比汽车，Optimus所需训练数据不同且需要训练更多的神经网络。思考决策（规划）上，Optimus使用了端到端的神经网络模型，进行任务级、动作级的决策。相比汽车，Optimus的感知、规划与控制模块联系更为紧密，具体模型进行了机器人适用性优化。运动控制上，Optimus在肢体运动控制中加入状态估计模型，在肢体操纵控制中使用了模仿学习等技术。 相关研究报告 1、《供应端从0到1有望突破，需求端人机替代市场广阔—人形机器人专题报告二》2023-12-21 2、《智能化进阶开启，商业化落地在即—人形机器人专题报告一》2023-12-20 总结特斯拉Optimus人机方案，向上游寻找高价值量细分领域。 人形机器人相比传统机器人，在执行器、传感器以及软件方案上有较大不同。首先，人机在执行器、传感器的用量上就已超过传统机器人，可关注用量增加的零部件细分领域，例如谐波减速器、编码器、力/力传感器。其次，关注属于人机新增需求的零部件细分领域，例如行星减速器、行星滚柱丝杠、 无框力矩电机、空心杯电机、3D视觉传感器、具身智能。 对比人形机器人各细分领域价值量占比情况，寻找高价值量的细分投资领域。首先，在人形机器人产品中，行星滚柱丝杠、力/力矩传感器、电机、减速器、编码器、空心杯电机为总价值量占比相对较高的硬件零部件。其次，行星滚柱丝杠、IMU、多维/六维力/力矩传感器、3D视觉硬件（非纯视觉）为单位价值量较高的硬件零部件，未来人机量产、成本需要进一步降低的趋势下，可关注以上领域国产替代下的投资机会。 风险提示：产业政策支持力度不及预期；行业技术发展、商业化进程不及预期；行业竞争加剧；原材料价格、设备价格波动的风险；下游行业需求不及预期；人形机器人存在伦理道德风险；价值量测算模型存在失效风险；本报告中所提及的公司旨在对行业现状进行说明，不代表推荐或覆盖。 内容目录 1.以特斯拉人形机器人为例，拆解人形机器人硬件方案..........................................................................................................5 1.1.特斯拉Optimus代表当前商业化人机产品的最快速度与先进技术...........................................................................51.2.拆解Optimus的运控、感知、软件方案.......................................................................................................................71.2.1.运控——执行器方案..............................................................................................................................................71.2.2.感知——传感器方案............................................................................................................................................151.2.3.软件——环境感知、思考决策、运动控制软件方案.......................................................................................162.总结特斯拉Optimus人机方案，寻找高价值量细分领域.................................................................................................243.投资建议....................................................................................................................................................................................294.风险提示....................................................................................................................................................................................30 图表目录 图1： 特斯拉Optimus产品迭代速度较快（Gen1、Gen2以半年左右为期更新）.....................................................5图2：Optimus可进行物品识别............................................................................................................................................6图3：Optimus可进行精细操作............................................................................................................................................6图4： 驱动器方案演变历史....................................................................................................................................................7图5： 特斯拉Optimus执行器方案.....................................................................................................................................11图6： 特斯拉Optimus使用的旋转执行器类型与结构....................................................................................................12图7： 特斯拉Optimus使用的直线执行器类型与结构....................................................................................................13图8： 特斯拉Optimus灵巧手关节结构............................................................................................................................15图9：Optimus采用纯视觉感知方案.................................................................................................................................16图10： 特斯拉FSD软件架构梳理.....................................................................................................................................17图11： 特斯拉Optimus软件架构梳理..............................................................................................................................18图12： 占用网络模型下，特斯拉汽车的行车场景效果...................................................................................................19图13： 特斯拉FSD中占用网络模型架构.........................................................................................................................20图14：Optimus通过占用网络模型来感知外界物体..................................................................................................