當前全球人工智能浪潮的爆發，通用大模型的發展賦予人形機器人強大的泛化能力，人形機器人有望加速進入商業化落地的初級階段，成為AI下一個重要落地應用場景。2022年，特斯拉推出TeslaBot“Optimus（擎天柱）”原型機引爆人形機器人產業鏈。歷經7次迭代，Optimus已形成相對成熟的“產品形態”，并進入工廠實際測試。2023年12月，特斯拉發布的第二代原型機OptimusGen2，已經能夠展現非常強大的糾錯能力和流暢執行任務的能力。
特斯拉人形機器人：

資料來源：Tesla

馬斯克預計，2025年特斯拉人形機器人Optimus將量產千臺級，人形機器步入量產元年；2026年Optimus大規模生產并外銷，遠期需求量級達百億臺。參考高盛的預計，2035年人形機器人全球市場空間將增到378億美元，CAGR復合增速63.98%，遠超新能源汽車市場行業37.9%的復合增速，未來市場空間潛力巨大。人形機器人的應用場景有望經歷“汽車工廠應用—制造業開始全面滲透鋪開—成熟后走進千家萬戶”三個階段。馬斯克表示，Optimus將與特斯拉的車輛共享一切核心技術，預計未來每個人都將擁有自己的人形機器人，且成本會持續降低，計劃降到2萬美元至3萬美元一臺。

人形機器人行業概覽

根據專業書籍《Humanoid Robots》的歸納，人形機器人應當能“在人工作和居住的環境工作，操作為人設計的工具和設備，與人交流”，是具有與人類似的身體結構和運動方式（雙足行走、雙手協作等）的智能機器人。在此前提下，人形機器人最終應具有與人類似的身體結構，包括頭、軀干和四肢，使用雙足行走，用多指手執行各種操作，并具有一定程度的認知和決策智能。

作為通用化程度高、高度集成和智能化的機器人，人形機器人既需要極強的運動控制能力，也需要強大的感知和計算能力。其技術難點在于盡可能模仿人的各類場景下“感知-認知-決策-執行”的過程，涉及仿生感知認知技術、生機電融全技術、人工智能技術、大數據云計算技術、視深導航技術等各領域的尖端技術。Tesla Bot人形機器人圖：

資料來源：特斯拉官網

人形機器人主要包含四大核心技術模塊：環境感知模塊、智能AI芯片模塊、運動控制模塊、操作系統模塊。環境感知模塊主要負責數據采集與環境認知（視覺、聲音、雷達、壓感、光感）等傳感器。智能AI芯片模塊包括負責數據處理和算力的存儲器和智能芯片。運動控制模塊包括能量管理系統和動作執行系統（驅動器、控制器、減速器等）等。操作系統模塊包括硬件抽象描述、底層驅動程序管理、共用功能的執行、程序間消息傳遞、程序發行包管理等。

 人形機器人產業鏈

人形機器人產業或依托較為成熟的工業機器人產業鏈。產業鏈上游包括減速器、電機、絲杠、控制器、傳感器等硬件部分，以及軟件系統部分；中游為人形機器人本體廠商；下游是人形機器人的應用終端領域。

從當下看，價值占比高以及增量空間大的主要是上游核心零部件。長期來看，最具價值的部分或在于軟件部分，即能夠自研或掌握運動控制、人工智能算法等核心技術者，將掌控人形機器人的中樞與大腦，某種程度上將有望在技術層面主導人形機器人的發展方向和發展節奏。

執行系統
執行器是人形機器人的關鍵硬件，主要負責將能量轉化為機器人的機械運動，其價值量較高。執行器又分為旋轉執行器和直線/線性執行器。旋轉執行器用于使機器人的關節進行旋轉運動；直線執行器則用于推拉動作，如手臂的伸展。以特斯拉Optimus為例，其關節由40個執行器組成，核心零部件包括絲杠、電機、減速器，旋轉關節、直線關節、靈巧手合計成本占比超過50%。

數據來源：Tesla AI DAY

無框力矩電機
無框力矩電機可以用于模仿關節的活動，也可用于模擬肌肉的拉伸，具有高扭矩、性能穩定和高精度等優點，可以滿足人形機器人要求。特斯拉Optimus就在14個線性執行器和14個旋轉執行器中使用了無框力矩電機，以實現精準控制并節省空間。無框力矩電機目前存在較高的技術壁壘。全球無框電機主要生產企業包括瑞士MAXON MOTOR公司、美國穆格公司（MOOG）、美國森薩塔科技公司（Sensata）、美國科爾摩根公司（Kollmorgen）、美國Novanta集團等。其中，科爾摩根是全球最早研發出無框電機的企業。國內只有少量廠商能提供品質較高的無框力矩電機，市場呈頭部集中的趨勢。據公開資料顯示，國內在無框力矩電機主要布局廠商包括步科股份、昊志機電、鳴志電器、鼎智科技、航天電器、微精電機等。根據覓途咨詢數據顯示，在國內無框力矩電機市場中，國內廠商步科股份的市場份額接近50%。

絲杠
絲杠是將旋轉運動變成直線運動的傳動附件，具備較高的承載力和精度。根據摩擦特性可分為滑動絲杠、滾動絲杠和靜壓絲杠三類，其中滾動絲杠又可以分為滾珠絲杠和行星滾柱絲杠兩大類。

特斯拉機器人線性執行器使用行星滾柱絲杠。滾柱絲杠負載高、壽命長且導程小，主要用于承載要求更高的大臂、大腿、小腿。絲杠在人形機器人上的應用：

資料來源：Tesla day

絲杠全球市場格局方面，國外龍頭制造商 Rollvis、GSA和Ewellix市場份額占比分別為 26%、26%、14%。國內絲杠領域以南京工藝、博特精工為代表，主要布局廠商還包括舍弗勒、北特科技、雙林股份、貝斯特、五洲新春、鼎智科技、斯菱股份、KGG 、新劍傳動、恒立液壓等。其中，新劍傳動、KGG 和五洲新春已經研發出靈巧手部絲杠。國內外絲杠主要布局廠商：

資料來源：中國設備工程

減速器
減速器是連接動力源和執行機構的中間機構，具有匹配轉速和傳遞轉矩的作用，是機器人使用的精密傳動裝置。作為人形機器人機械系統中的關鍵組件，減速器對機器人的運動性能起著決定性作用。由于人形機器人結構更接近人形，每個關節受力更加復雜，對減速器負載和電機響應速度要求更高。人形機器人使用的減速器主要是諧波減速器、行星減速器和RV減速器。

諧波減速器是一種靠波發生器使柔輪產生可控的彈性變形波，通過其與剛輪的相互作用，實現運動和動力傳遞的傳動裝置。諧波減速器具傳動速比大，承載能力高，傳動精度高以及體積小等優點，更適配于人形機器人。全球市場格局方面，國外廠商哈默納科已經完成手指微型諧波減速器研發；國內綠的諧波和宏勤自動化科技也有研發手部微型諧波減速器。綠的諧波2024年中報顯示，其超小型諧波減速器可以做到最小外徑為 6mm，適用于智能機器人手指關節。據公開資料顯示，綠的諧波全球市占率約為25%，位列國產第一，全球第二。當前國內諧波減速器主要廠商還包括來福諧波、德福機器人、大族精密傳動、同川科技、國茂股份、雙環傳動、豐立智能、光洋股份、優德精密等。

此外，行星減速器可以在人形機器人部分關節替代諧波減速器。從市場格局來看，行星減速器整體行業進入壁壘較高，產品結構復雜，制造安裝難度較大。在全球范圍內，精密行星減速器市場主要被少數幾家企業所占據，德國企業處于領先地位，如德國紐卡特、德國威騰斯坦、德國賽威傳動等，其他競爭力較強的還有日本企業，例如日本住友、日本電產等。國內科峰智能、紐氏達特、中大力德等本土供應商引領國產替代。在RV減速器市場，日本納博特斯克處于壟斷地位，占據了我國市場一半以上的份額，海外主要廠商還包括日本住友等。國內主要廠商包括雙環傳動、秦川機床、中大力德、南通振康、珠海飛馬、智同科技等數家企業都在大力發展國產RV減速機產品。

靈巧手
靈巧手是人形機器人的核心部件。

靈巧手原理是通過驅動空心杯電機，經過行星減速器減速，再經過渦輪蝸桿減速，拉動腱繩，實現手指的抓取。

靈巧手構成包括6個執行器（空心杯電機），11個自由度，自適應抓取；其中拇指有兩個執行器。

自由度角度看，海外特斯拉、ShadowHand、SCHUNK和ILDA已經將DOF自由度做到20個以上。

國內青龍靈巧手自由度做到19個，處于國內較為領先地位。

抓握力角度方面，海外的QBhand和國內的星動紀元較為領先，抓握力分別達到62N和80N。國內市場上，因時機器人、傲意、騰訊RoboticsX實驗室等企業也在積極布局，且具有低成本供應鏈優勢，未來國產靈巧手有望占據更多市場份額。

據特斯拉公開資料，特斯拉第三代靈巧手相比于第二代的變化為：手部增加了自由度，從11提升到22個，從而對應的電機數量將可能從原本的6個提升到13-17個；驅動器搭載位置從手掌改為手腕部位。

靈巧手價值量最高的零部件為空心杯電機、絲杠、減速器、觸覺傳感器。

空心杯電機空心杯電機是人形機器人靈巧手的關鍵零件。人形機器人手指關節自由度提升，考慮到人形機器人的仿真性，其手指關節處需要配備體積小且能輸出較大力的電機，空心杯電機具備較強契合度。

空心杯電機占單臺機器人成本的4.43%，屬于占比較高的零部件環節。在結構上突破了傳統電機的轉子結構形式，采用的是無鐵芯轉子，也叫空心杯型轉子。其具有可靠的運行穩定性、高能量密度、啟動和制動迅速等優勢。空心杯應用領域較高端，設計及制造壁壘高，市場空間相對無刷、伺服等通用產品更小。全球競爭格局來看，海外品牌占據高端市場，國內產品性價比優勢明顯。海外廠商Maxon、Faulhaber、Portescap起步較早，在空心杯電機領域較為領先，2023 年外資企業市場份額達到 85%以上。國內布局工業用空心杯電機的企業如鳴志電器、兆威機電、拓邦股份、鼎智科技、偉創電氣、禾川科技等正在加速切入人形機器人領域，實現國產化降本。

感知系統
人形機器人的感知包括圖像識別、輸入信息處理、姿態解算和運動控制。通過軟硬件協同工作，如3D視覺、相機、語音處理算法、慣性測量單元和控制算法等，以實現全面環境感知和響應。

感知系統的傳感器是將機器人對內外部環境感知的物理量變換為電量輸出的裝置，可分為內部傳感器和外部傳感器。人形機器人核心的傳感器包括力矩傳感器、視覺傳感器、觸覺傳感器，目前傳感器成本占比約24.7%。

六維力矩傳感器力矩傳感器是機械臂感知力度的重要部件。其中，六維力/力矩傳感器是壁壘最高的傳感器，成本及制造難度遠高于單維力矩傳感器。人形機器人手腕、腳腕可使用六維力矩傳感器增加柔順控制能力。全球市場格局來看，歐美國家起步較早，ATI、AMTI等外資供應商在靈敏度、串擾、抗過載能力及維間耦合誤差等方面具有領先優勢。早期我國研發團隊多為國防軍工和科研院所，近年來國內本土供應商持續涌現，如宇立儀器、坤維科技、鑫精誠、海伯森、藍點觸控、神源生智能、瑞爾特測控等，均已有相關的產品落地并進入產業化應用。此外，昊志機電、柯力傳感、東華測試等已經具備六維力/力矩傳感器的生產能力，部分產品型號開始進入下游用戶的驗證測試階段。
觸覺傳感器人形機器人靈巧手需要大面積低精度皮膚+高敏感指腹，手部傳感器中價值量最大的是觸覺傳感器。特斯拉Optimus-Gen2手部搭配觸覺傳感器，是相比上一代最大的邊際變化之一，有望引領行業新趨勢。市場格局方面，全球觸覺傳感器主要廠商有 Tekscan、Pressure Profile Systems、Sensor Products Inc.等，全球前三大廠商共約 占有 65%的市場份額。公開資料顯示，國內布局了觸覺傳感器的公司有蘇州能斯達電子（漢威科技）、墨現科技、力感科技、瑞滸科技等、埔慧科技、帕西尼感知科技、韌和科技、他山科技、柔宇科技、宇博智能、常州福普生、上海澄科電子、常州柔希電子等。視覺傳感器人形機器人需要具備對外界環境的識別能力，實現導航、避障、交互等功能，需要使用傳感器識別物體、測距等。視覺傳感器的本質是為機器植入“眼睛”，利用環境和物體對光的反射來獲取及感知信息。

特斯拉最著名的AI算法是其機器視覺中的純視覺解決方案，該算法在人形機器人的制造中將其延續；此外，小米和宇樹等廠商大多使用多傳感器融合方案。人形機器人的視覺傳感器包括ToF深度相機、激光雷達、多目視覺等。其傳感器方案和需求場景與自動駕駛存在類似之處，因此價值量較高的自動駕駛類傳感器存在新的機遇。因此自動駕駛傳感器廠商、機器視覺廠商都是人形機器人傳感器的潛在參與者。公開資料顯示，視覺傳感器國內主要布局廠商包括奧比中光、奧普特、天準科技、凌云光、華睿科技等廠商引領國產替代。國內視覺傳感器相關公司產品布局及進展：

資料來源：iFinD，各公司公告，中航證券

人形機器人競爭格局
當前全球參與者已經有數十年的研發經驗，波士頓動力Atlas、本田ASIMO、KAIST HUBO、優必選Walker、Agility Digit均為經典產品代表，已展現出一定的運動能力、執行任務能力和環境適應能力。國內方面，在特斯拉引領人形機器人的這幾年里，國內廠商包括小米、小鵬、傅利葉、智元、宇樹、達闥、追覓、開普勒等廠商也在加速入局人形機器人領域。

此外，具備自研AI處理器的廠商可以為人形機器人的神經網絡提供算力支撐，國內代表廠商包括寒武紀、商湯科技、海光信息等。人形機器人的落地需要下游場景的數據融合，具備AI算法落地的廠商具有比較優勢，代表廠商包括科大訊飛、海康威視、虹軟科技、商湯科技、云從科技、曠視科技等。

從產業鏈發展趨勢來看，全產業鏈模式有望成為未來人形機器人廠商的重要趨勢。包括在上游核心零部件領域取得技術突破、實現國產替代的廠商；中、下游，“核心零部件生產+本體生產+系統集成”的全產業鏈模式的廠商將會獲得優勢競爭地位。國內供應商有望憑借成本優勢快速切入“本體+零部件”環節，加速關鍵技術國產替代的進程，完善產業鏈相關布局。