执行器是人形机器人的“肌肉”,其技术路线和成本结构直接决定机器人性能与量产可行性。长江证券研报指出,特斯拉Optimus全身30个执行器(16个旋转+14个直线),手部各22个自由度。旋转执行器核心零部件包括谐波减速器(单价800元)、无框力矩电机(单价500元);直线执行器核心零部件包括行星滚柱丝杠(单价500元)、无框力矩电机(单价500元)。执行器单价约2000元,全身30个执行器总价值量约6万元/台。人形机器人量产将驱动执行器市场空间爆发式增长。
执行器技术路线——旋转+直线+灵巧手
特斯拉Optimus执行器数量从Gen1的28个(14个旋转+14个直线)增加至Gen2的30个,新增2个旋转执行器用以实现颈部两个新增自由度。全身超200个自由度,其中30个“关节”+手部各22个自由度。
旋转执行器由谐波减速器、无框力矩电机、传感器等组成,用于需要旋转运动的关节(肩部、肘部、髋部等),全身共16个。直线执行器由行星滚柱丝杠、无框力矩电机、传感器等组成,用于需要直线运动的部位(膝部、手腕等),全身共14个。灵巧手每只手5个手指、22个自由度,核心零部件包含空心杯电机、精密行星齿轮箱等。
核心零部件市场空间测算
假设未来人形机器人售价20万人民币,执行器单价2000元,全身30个执行器,单台执行器价值量约6万元。行星滚柱丝杠单价500元(全身14个直线执行器),谐波减速器单价800元(全身16个旋转执行器),无框力矩电机单价500元(全身30个执行器),IMU模块单价3000元(全身2个)。
以百万台销量测算,执行器市场空间约600亿元,谐波减速器市场空间约128亿元,行星滚柱丝杠市场空间约70亿元。各零部件快速降本后,市场空间依然广阔。据Goldman Sachs Research,人形机器人未来销量有望达百万台,执行器产业链将迎来历史性增长机遇。
特斯拉灵巧手——从空心杯到无刷有齿槽的演进
特斯拉三代灵巧手相较前两代结构发生较大变化。自由度从11提升至22,内部电机、腱绳等零件数量大幅提升。驱动电机由手部内置转变为前臂外置,无刷电机和空心杯的重量差异明显缩小,空心杯电机的体积优势不再具有必要性。
新一代灵巧手有可能选择普通电机作为驱动源,更多往无刷有齿槽电机切换。这样能做到灵巧手响应更快,而且能配合多种传感器的技术支撑,包括压力感知、触力感知和柔性微压力感知等。新版灵巧手能弹钢琴、会穿针并达到人类精度,零部件数量和价值量大幅提升。
量产降本——从2000元/个到200元/个的路径
人形机器人量产将推动执行器成本快速下降。参考汽车产业规模效应,当人形机器人产量从千台级提升到百万台级时,核心零部件成本有望下降50%以上。特斯拉目标量产达100万台后生产成本低于2万美元(约14.5万人民币),执行器及零部件的成本下降是关键。
减速器、丝杠、电机等核心零部件在机器人产业规模化过程中将迎来量价齐升。谐波减速器国内龙头绿的谐波已进入特斯拉供应链,行星滚柱丝杠市场仍由外资主导(舍弗勒、博世力士乐),国产替代空间广阔。建议关注具备核心零部件技术与头部客户深度合作的产业链企业。
表:人形机器人执行器及核心零部件市场空间测算| 零部件 | 单价(元) | 单台用量 | 单台价值量(元) | 百万台市场空间(亿元) |
|---|
| 执行器 | 2000 | 30个 | 60,000 | 600 |
| 谐波减速器 | 800 | 16个 | 12,800 | 128 |
| 行星滚柱丝杠 | 500 | 14个 | 7,000 | 70 |
| 无框力矩电机 | 500 | 30个 | 15,000 | 150 |
| IMU模块 | 3000 | 2个 | 6,000 | 60 |