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人形机器人执行器成本

执行器是人形机器人成本最高的环节之一,也是投资者理解产业链价值分布的关键切口。国盛证券研究所报告显示,特斯拉Optimus执行器单台成本约6.4万元,占2万美元目标售价的近一半。其中旋转执行器(16个)成本2.96万元、线性执行器(14个)成本2.45万元、手部执行器(20+个)成本约1万元。谐波减速器(800元/个)、行星滚柱丝杠(1100-1500元/副)、空心杯电机(500元/个)是价值量最高的核心部件。执行器供应商需兼具批量生产能力与高标准的一致性稳定性,三花智控、拓普集团作为集成商有望率先受益。随着国产替代推进,执行器成本仍有较大下降空间,是人形机器人实现2万美元售价的关键。

旋转执行器:谐波减速器+力矩传感器构成价值核心

旋转执行器是人形机器人躯干的核心驱动单元,Optimus共需16个。其成本结构为:无框力矩电机约500元/个,谐波减速器约800元/个(16个合计1.28万元),力矩传感器约300元/个(16个合计4800元),外壳约250元/个(16个合计4000元)。单个旋转执行器成本约1850元,16个合计2.96万元。

谐波减速器是旋转执行器中价值量最高的单一部件,占单个执行器成本的43%。谐波减速器传动比大(50-300)、体积小、重量轻,搭配力矩传感器可实现精确力控,是人形机器人关节的性能最优方案。绿的谐波作为国内谐波减速器龙头,有望在人形机器人量产中实现从工业机器人向人形机器人的场景延伸。力矩传感器置于旋转关节处追踪旋转趋势,柯力传感、东华测试、安培龙等国内企业布局领先。

线性执行器:行星滚柱丝杠为价值核心

线性执行器负责将电机的旋转运动转换为直线运动,Optimus共需14个。其成本结构为:无框力矩电机约500元/个,行星滚柱丝杠约1000元/个(按加权平均),外壳约250元/个。单个线性执行器成本约1750元,14个合计2.45万元。

行星滚柱丝杠是线性执行器中最核心的部件,在定位精度、速度、加速度、使用寿命、承载力、传动效率、刚度方面全面优于滚珠丝杠,是大导程、大负载、小体积、高速度要求的破局关键。按应用部位拆分:大臂2副×1100元=2200元,小臂4副×600元=2400元,大腿4副×1500元=6000元,小腿4副×800元=3200元,合计1.38万元/台。北特科技、新剑传动(未上市)、贝斯特、五洲新春等企业正在行星滚柱丝杠领域加速突破。

手部执行器:空心杯电机+触觉传感器,22自由度方案

手部执行器是Optimus硬件迭代最频繁的部分。马斯克在2024年8月访谈中表示,手部工程在整机工作量中可能占到接近一半,灵巧手自由度已从11个增至22个,部分电机置于前臂以优化空间布局。手部执行器采用腱绳传动为主流方案,同样适用于电机外置的设计。

手部执行器的核心部件是空心杯电机模组(含电机、减速器、驱动器)和触觉传感器。单个手部执行器成本约500元,20个以上合计约1万元以上。空心杯电机在结构上取消了传统电机的铁芯,效率70%+(部分90%+),响应极快,重量体积减轻超1/3,天然适配灵巧手。2022年全球空心杯电机市场规模约51亿元,鸣志电器等国内企业正加速追赶Maxon、Faulhaber等海外龙头。

降本路径:国产替代是核心驱动力

执行器成本从当前约6.4万元/台降至2万美元目标售价区间,降幅需达50%以上。降本的核心路径是核心零部件的国产替代。谐波减速器领域,绿的谐波相比哈默纳科具备价格优势;行星滚柱丝杠领域,国内企业有望通过设备国产化大幅降低成本;空心杯电机领域,鸣志电器已逐步趋近海外同类型产品性能。

执行器供应商需具备批量生产能力,同时生产的一致性、性能的稳定性也应达到高标准。这一方面考验供应商资金实力,另一方面也对其生产、组装工艺及供应商把控能力提出较高要求。三花智控、拓普集团作为执行器集成商,有望在人形机器人量产中率先受益。减速器、丝杠、传感器等细分领域的国产替代进程,直接决定了人形机器人降本速度和量产节奏。
特斯拉Optimus执行器成本明细
执行器类型数量核心部件单价(元)小计(元)
旋转执行器16无框力矩电机5008000
谐波减速器80012800
力矩传感器3004800
外壳2504000
线性执行器14无框力矩电机5007000
行星滚柱丝杠100014000
外壳2503500
手部执行器20+空心杯电机模组+触觉传感器~500~10000
合计50+~64100
点击阅读报告原文: 机械行业:机器人量产元年商业化和泛化能力成焦点-240821(18页)
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