計(jì)算機(jī)-關(guān)注人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展

1告計(jì)算機(jī)告計(jì)算機(jī)華泰研究專題研究增增持(維持)計(jì)算機(jī)擎天柱原型機(jī)器人發(fā)布，關(guān)注人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)迭代2022年10月1日，馬斯克在特斯拉人工智能日上發(fā)布“擎天柱(Optimus)”原型機(jī)，從電源系統(tǒng)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多個(gè)角度進(jìn)行了展示。本報(bào)告將聚焦原型機(jī)的電源和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，分析電源的參數(shù)特點(diǎn)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、評(píng)估優(yōu)化算法、共性分類理念進(jìn)行解析。通過(guò)與其他人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較，我們認(rèn)為，以特斯拉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高自由度為契機(jī)，有望推動(dòng)人形機(jī)器人行業(yè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步迭代發(fā)展。電源模組：或直接采用特斯拉汽車電池“擎天柱”軀體中央內(nèi)置有2.3kWh的電池組，工作電壓為52V，能支持人形機(jī)器人工作一整天。該電池組基于特斯拉汽車和能源產(chǎn)品技術(shù)積累，在單PCB板上集成了所有電池相關(guān)電子器件，覆蓋電力感知、充電管理和功率分布等功能。特斯拉未公布使用的電池情況，但從效果圖來(lái)看，或采用自研的4680電池。該電池有無(wú)極耳、硅負(fù)極、無(wú)鈷等技術(shù)加持，預(yù)計(jì)在2022年底前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。同時(shí)，為了適應(yīng)未來(lái)機(jī)器人電源模組擴(kuò)大、工作功率提高等需求，特斯拉或?qū)⑵湓诔?jí)計(jì)算機(jī)DOJO中研發(fā)的電壓調(diào)節(jié)模塊用于機(jī)器人電源系統(tǒng)中，解決熱膨脹導(dǎo)致的電池模組形變問(wèn)題?；谠u(píng)估優(yōu)化與共性分類的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)擎天柱直接借鑒了特斯拉汽車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于評(píng)估優(yōu)化的方法確定了全身28個(gè)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)低成本量產(chǎn)，特斯拉通過(guò)共性分性驅(qū)動(dòng)器。其中，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)器基于無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器，規(guī)格為20Nm/110Nm/180Nm和0.55kg/1.62kg/2.26kg，采用無(wú)框電機(jī)+諧波減速器方案，配備輸入、輸出位置傳感器和非接觸式力矩傳感器；線性驅(qū)動(dòng)器規(guī)格為500N/3900N/8000N和0.36kg/0.93kg/2.20kg，基于無(wú)框電機(jī)+行星絲杠方案，配備了位置傳感器以及力傳感器。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多自由度人形機(jī)器人是行業(yè)主流本田ASIMO機(jī)器人是典型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)人形機(jī)器人，全身自由度高達(dá)57個(gè)，能夠完成“開(kāi)杯蓋、倒水”等精細(xì)動(dòng)作；波士頓動(dòng)力的Atlas機(jī)器人是高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的代表，采用單位能量輸出密度水平更高的液壓驅(qū)動(dòng)，可通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)一步減少部件體積，強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)能力，但手部自由度欠缺，無(wú)法完成精細(xì)動(dòng)作；小米CyberOne形態(tài)酷似特斯拉機(jī)器人，同樣采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)最大峰值扭矩300Nm，全身自由度21，但手部自由度欠佳；優(yōu)必選Walkerx由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，全身自由度高達(dá)41，參數(shù)方面與擎天柱十分接近，但2小時(shí)的續(xù)航能力較為一般。低成本實(shí)現(xiàn)了高自由度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，靈活度有望加速提升與其他人形機(jī)器人相比，擎天柱突出優(yōu)勢(shì)在于成本低、可量產(chǎn)。比較看，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，擎天柱全身自由度約為50，已處于行業(yè)上游水平；電源方面，目前可支持機(jī)器人一整天的運(yùn)作；運(yùn)用場(chǎng)景方面，以工廠、物流和家居工作環(huán)境為主，對(duì)高動(dòng)態(tài)運(yùn)用需求不大。除優(yōu)必選Walkerx同樣以低成本量產(chǎn)為目標(biāo)外，特斯拉機(jī)器人具有較為明顯的成本優(yōu)勢(shì)和明確的使用場(chǎng)景。風(fēng)險(xiǎn)提示：技術(shù)進(jìn)步不及預(yù)期，下游需求不及預(yù)期，經(jīng)濟(jì)弱復(fù)蘇不及預(yù)期疊加疫情影響。本報(bào)告中涉及的公司/個(gè)股內(nèi)容系公開(kāi)信息整理，不代表本研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該公司或股票的推薦或覆蓋。研究員SACNo.S0570519080006SFCNo.BQZ938聯(lián)系人SACNo.S0570122080053春生xiechunsheng@+(86)2129872036yuanzeshi@+(86)2128972228行業(yè)走勢(shì)圖計(jì)算機(jī)滬深300(%)(1)(12)(22)(33)Oct-21Feb-22Jun-22Sep-22資料來(lái)源：Wind，華泰研究基于2022年10月1日特斯拉在人工智能日上發(fā)布的“擎天柱(Optimus)”原型機(jī)情況，我們認(rèn)為，現(xiàn)階段特斯拉的人形機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：特點(diǎn)#1：設(shè)計(jì)思路服務(wù)于大規(guī)模量產(chǎn)。馬斯克在2022年10月1日的人工智能日的演講中宣布，2萬(wàn)美元以內(nèi)的量產(chǎn)價(jià)格是特斯拉“擎天柱”機(jī)器人的目標(biāo)，因此，“擎天柱”所有的硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)流程設(shè)計(jì)都圍繞該目標(biāo)定位：研發(fā)角度，借鑒車企研發(fā)流程，大量復(fù)用特斯拉汽車現(xiàn)有技術(shù)，包括自動(dòng)駕駛、電池、散熱、超算平臺(tái)等；技術(shù)角度，采用軌跡規(guī)劃、全身動(dòng)力學(xué)控制動(dòng)作模仿等基礎(chǔ)的算法，進(jìn)一步降低研發(fā)和量產(chǎn)成本，同時(shí)為未來(lái)開(kāi)發(fā)奠定一定基礎(chǔ)；智能角度，特斯拉從自動(dòng)駕駛中積累了大量數(shù)據(jù)，以及視覺(jué)導(dǎo)航和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架等技術(shù)，有助于機(jī)器人未來(lái)“增智演進(jìn)”。反觀已有的波士頓動(dòng)力和ASIMO等典型人形機(jī)器人，雖然在仿形和動(dòng)作方面領(lǐng)先于特斯拉，但卻因成本原因無(wú)法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。特點(diǎn)#2：從智能到本體的逆常規(guī)路線。據(jù)中國(guó)機(jī)器人網(wǎng)信息，人形機(jī)器人賽道已形成了人形機(jī)器人廠商、車企以及家用電子廠商“三足鼎立”局面，其中機(jī)器人廠商探索技術(shù)高點(diǎn)，家用電子廠商通過(guò)人形機(jī)器人來(lái)加強(qiáng)其家電生態(tài)，而車企則圍繞系統(tǒng)集成、嚴(yán)格降本的思路，針對(duì)性的研制特定場(chǎng)景使用的機(jī)器人。其中的技術(shù)路徑又可分為兩條：一是“本體—技能—智能”的自下而上常規(guī)路線，例如國(guó)內(nèi)很多大學(xué)在機(jī)器人研發(fā)早期都是先基于僅有兩條腿的機(jī)械本體，逐漸增加手臂等功能性部位，最后考慮智能化；而特斯拉采用了“智能—本體—技能”的逆常規(guī)路線，這與前期特斯拉在無(wú)人駕駛、控制技術(shù)上的深耕有關(guān)，也符合其降低成本、大規(guī)模量產(chǎn)的思路。資料來(lái)源：中國(guó)機(jī)器人網(wǎng)、華泰研究特點(diǎn)#3：應(yīng)用場(chǎng)景貼近人類實(shí)際工作和生活。特斯拉分別進(jìn)行了擎天柱原型機(jī)工廠裝配、重物搬運(yùn)和照看植被的功能演示，實(shí)際上分別對(duì)應(yīng)了工廠、物流和家庭服務(wù)場(chǎng)景，貼近人類實(shí)際工作和生活。相比之下，工廠中物料、環(huán)境等數(shù)據(jù)有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)信息，使得該場(chǎng)景下比開(kāi)放式場(chǎng)景動(dòng)態(tài)任務(wù)實(shí)現(xiàn)難度更低，因此人形機(jī)器人的落地更有可能會(huì)在半結(jié)構(gòu)化的工廠里率先實(shí)現(xiàn)。物流配送與家庭服務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用則需要更長(zhǎng)時(shí)間，但其受眾將更加廣闊。半結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景下機(jī)器人的布局，并形成對(duì)通用AI及相關(guān)場(chǎng)景解決方案的數(shù)據(jù)反饋；2030年，通用AI會(huì)對(duì)通用機(jī)器人進(jìn)行正向反饋，使得人形機(jī)器人的進(jìn)化速度呈現(xiàn)出指數(shù)提升。我們從形態(tài)演變和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)兩個(gè)維度復(fù)盤特斯拉機(jī)器人發(fā)展情況。形態(tài)演變維度，2021年特斯拉在人工智能日提出特斯拉Bot的概念；2021年2月，特斯拉完成了機(jī)器人開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建；2022年人工智能日，特斯拉亮相了能自由走動(dòng)、未覆蓋外殼的原型機(jī)。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)維度，2021年8月，特斯拉發(fā)布了概念機(jī)的參數(shù)；2022年2月，特斯拉基于機(jī)器人研發(fā)平臺(tái)，開(kāi)始對(duì)人型機(jī)器人研究、設(shè)計(jì)、構(gòu)建、驗(yàn)證，以及對(duì)成本和效率進(jìn)行優(yōu)化；2022年4月，原型機(jī)完成初次步行任務(wù)；2022年6月，原型機(jī)持續(xù)優(yōu)化骨盆結(jié)構(gòu)；2022年8月，原型機(jī)實(shí)現(xiàn)手臂搖擺動(dòng)作；2022年9月，特斯拉如期發(fā)布了擎天柱原型機(jī)，其中未覆蓋外殼版本能夠自由移動(dòng)，覆蓋外殼版本仍無(wú)法自由行走。資料來(lái)源：特斯拉人工智能日、華泰研究特斯拉“擎天柱”原型機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了去年特斯拉Bot提出的技術(shù)參數(shù)。與2021年人工智能日宣布的特斯拉Bot相比，今年并未過(guò)多提及“擎天柱”基本參數(shù)，但從現(xiàn)場(chǎng)原型機(jī)演示可以基本推斷，速度上尚未達(dá)到設(shè)計(jì)的5MPH(約8km/h)，重量上原型機(jī)由于未覆蓋外殼或能達(dá)標(biāo)，但裝上外殼的原型機(jī)體型明顯“臃腫”，或亦超過(guò)設(shè)計(jì)值125LBS。驅(qū)動(dòng)器方面，去年特斯拉Bot發(fā)布的參數(shù)為40個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，今年原型機(jī)上全部實(shí)現(xiàn)，但分布略有差異。原型機(jī)包括28個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和12個(gè)手部驅(qū)動(dòng)器。進(jìn)一步細(xì)分，手臂部位有14個(gè)驅(qū)手部單手包含6個(gè)驅(qū)動(dòng)器(11個(gè)自由度)，雙手為12個(gè)，與去年參數(shù)一致。資料來(lái)源：特斯拉人工智能日、華泰研究驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：或采用特斯拉汽車電池實(shí)現(xiàn)機(jī)器人供電擎天柱電源模塊位于軀體中央，足夠支撐一天的工作需求。“擎天柱”軀體中央內(nèi)置有2.3kWh的電池組，工作電壓為52V，據(jù)特斯拉工作人員說(shuō)明，能支持人形機(jī)器人工作一整天。該電池組基于特斯拉汽車和能源產(chǎn)品技術(shù)積累，將所有電池相關(guān)電子器件集成到單塊PCB板，包括電力感知(sensing)、熔斷保險(xiǎn)(fusing)、充電管理和功率分布等，并采用流線型設(shè)計(jì)，以及簡(jiǎn)單有效的散熱方式，使得整個(gè)電源系統(tǒng)更加高效和安全。特斯拉現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈也為電池模塊的規(guī)模化生產(chǎn)提供了保障。此外，為了盡可能降低閑置時(shí)的耗能，特斯拉提出開(kāi)關(guān)控制方式，讓機(jī)器人在閑置與工作模式之間進(jìn)行切換。資料來(lái)源：特斯拉人工智能日、華泰研究擎天柱電源模塊或采用特斯拉自研4680電池。發(fā)布會(huì)并未明確提出擎天柱電源所使用的電池情況，但根據(jù)電源集成效果圖來(lái)看，采用的是圓柱電芯，因此或?qū)⒉捎锰厮估匝?680 (電池直徑為46mm，高度為80mm)電池。特斯拉于2020年發(fā)布了自研的4680電池，該電池?fù)碛袩o(wú)極耳、硅負(fù)極、無(wú)鈷等技術(shù)的加持。2022年8月，馬斯克在特斯拉股東大會(huì)上說(shuō)明，該電池會(huì)在年底前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。此外，按照特斯拉預(yù)想，未來(lái)機(jī)器人將大規(guī)模進(jìn)入工廠，屆時(shí)特斯拉還可能將快充或換電方案用于機(jī)器人，增加機(jī)器人靈活度。測(cè)試項(xiàng)測(cè)試結(jié)果備注備注正極面積容量待測(cè)量負(fù)極面積容量5.5mAh/cm2(扣電第二圈)雙面為11mAh/cm2總電極面積~330cm*7.2cm=2376cm2大致測(cè)量結(jié)果總?cè)萘?1mAh/cm2*2376cm2=26.136Ah總能量26.136Ah(3.7~38V)~96~99Wh估計(jì)的平均電壓電芯質(zhì)量355g實(shí)驗(yàn)室電子秤能量密度272Wh/kg~296Wh/kg正極材料高鎳材料，鎳含量約80%測(cè)量錯(cuò)誤率約0.29%資料來(lái)源：IT之家網(wǎng)、華泰研究電池散熱技術(shù)是保證未來(lái)大功率機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著未來(lái)機(jī)器人電池容量的加大，或機(jī)器人功能的不斷豐富，電池組的散熱問(wèn)題或?qū)⒆兊檬滞怀?。為了保證高度集成的電源部分不會(huì)因熱膨脹而受損，特斯拉亦可將其超級(jí)計(jì)算機(jī)—DOJO中的散熱系統(tǒng)運(yùn)用到電源模塊。特斯拉專為DOJO設(shè)計(jì)了電壓調(diào)節(jié)模塊(VRM)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)VRM模組在不足25美分硬幣面積的電路上提供超過(guò)1000A的電流，并將熱膨脹系數(shù)(CTE)降低54%，在防止電池模組發(fā)生形變的基礎(chǔ)上提升約3倍的電源表現(xiàn)。這一技術(shù)為未來(lái)機(jī)器人電源模組的進(jìn)一步擴(kuò)充奠定了基礎(chǔ)。資料來(lái)源：特斯拉人工智能日、華泰研究基于評(píng)估優(yōu)化與共性分類的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特斯拉汽車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以借鑒到機(jī)器人上。汽車和機(jī)器人在動(dòng)力設(shè)計(jì)上有很多相似之處，具體的，汽車的驅(qū)動(dòng)單元有前后兩個(gè)，其作用是實(shí)現(xiàn)汽車加速，而機(jī)器人有28個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，每個(gè)關(guān)節(jié)需要執(zhí)行的任務(wù)不像汽車驅(qū)動(dòng)器那樣明確。因此，特斯拉選取最高頻的機(jī)器人動(dòng)作，包括行走、爬樓梯和抓取重物，生成扭矩和速度軌跡關(guān)系，并利用優(yōu)化模型進(jìn)行優(yōu)化評(píng)估，得到扭矩、速度、輸入功率和累積電量與時(shí)間的關(guān)系。重復(fù)上千次試驗(yàn)，可以得到系統(tǒng)成本與驅(qū)動(dòng)器質(zhì)量的點(diǎn)云圖，以及帕累托(Pareto)前沿(圖中紅色線勾勒)，該前沿即最優(yōu)解的搜索區(qū)域，紅色“×”代表的位置即特斯拉最終選擇的該關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)。使用同樣的方法，可以得到另外27個(gè)關(guān)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。資料來(lái)源：特斯拉人工智能日、華泰研究計(jì)如此多參數(shù)特異的驅(qū)動(dòng)器是不科學(xué)和不現(xiàn)實(shí)的。因此，特斯拉進(jìn)一步解析驅(qū)動(dòng)器點(diǎn)云圖，將28個(gè)關(guān)節(jié)通過(guò)共性研究方法劃分為6類驅(qū)動(dòng)器，每種驅(qū)動(dòng)器都設(shè)計(jì)了足夠大輸出力量和扭矩。其中，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)器在高速側(cè)集成有機(jī)械離合器，配備了輸入輸出位置和非接觸扭矩傳感器；線性驅(qū)動(dòng)器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)保證了其效率、緊湊度和耐久度，以此保證機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠達(dá)到人類肌肉的強(qiáng)度。資料來(lái)源：特斯拉人工智能日、華泰研究6類驅(qū)動(dòng)器中，包括3種旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)器和3種線性驅(qū)動(dòng)器。1)旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)器：基于無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器，規(guī)格為20Nm/110Nm/180Nm和0.55kg/1.62kg/2.26kg，采用無(wú)框電機(jī)+諧波減速器方案，基本上與當(dāng)前協(xié)作機(jī)械臂的關(guān)節(jié)方案高度類似，即無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器+高低速雙編碼器+抱閘+力矩傳感器+輸出端交叉滾子軸承。傳感器方面，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)器配備了輸入和輸出位置傳感器，以及非接觸式力矩傳感器。2)線性驅(qū)動(dòng)器：規(guī)格為500N/3900N/8000N和0.36kg/0.93kg/2.20kg，基于無(wú)框電機(jī)+行星絲杠方案，利用行星絲杠的自鎖能力將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為線性。該方案和當(dāng)前各大人形機(jī)器人廠家的關(guān)節(jié)性能類似，擁有優(yōu)秀的力輸出能力，據(jù)特斯拉人工智能日演示，線性驅(qū)動(dòng)器能夠抬起半噸重的鋼琴，但這種設(shè)計(jì)同時(shí)犧牲了部分輸出速度性能。傳感器方面，線性驅(qū)動(dòng)器配備了位置傳感器以及力傳感器。資料來(lái)源：特斯拉人工智能日、華泰研究度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)#1：本田ASIMO。ASIMO研發(fā)路徑是典型的“本體—技能—智能”模式。1986年，代號(hào)為E0的雙腿平衡機(jī)器人誕生，首次運(yùn)用了雙足步行的原理，根據(jù)直線的靜態(tài)步行進(jìn)行移動(dòng)E經(jīng)達(dá)到了4.7公里/小時(shí)；1996年P(guān)2問(wèn)世，是世界上首個(gè)類人智能雙足步行機(jī)器人；2000年10月，仿IMO并能夠?qū)崿F(xiàn)倒退走、單腳跳躍、雙腳跳躍、上下樓梯和踢足球等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)；2017年，推出新一代人形機(jī)器人E2-DR，身高168cm，體重85kg，全身總共33個(gè)關(guān)節(jié)，面對(duì)不同地形采用相應(yīng)的行走模式，可以變形成大猩猩模式通過(guò)路障和豎直樓梯，也可以匍匐前進(jìn)通過(guò)狹小低矮空間，具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。ASIMO驅(qū)動(dòng)方式與特斯拉機(jī)器人類似，靈活度或更強(qiáng)。本田ASIMO擁有57個(gè)自由度，其中頭部有3個(gè)自由度、軀干有2個(gè)自由度、單臂有7個(gè)自由度、單手有13個(gè)自由度、單擁有高性能小型多指手，手掌內(nèi)置了接觸傳感器，5指分別內(nèi)置力量傳感器，可對(duì)各手指單獨(dú)進(jìn)行控制，可以完成“一只手拿起瓶子旋開(kāi)瓶蓋，另一只手拿起柔軟的紙杯，在不將紙杯握變形的情況下，將瓶中的液體倒入紙杯之中”的精細(xì)操作，從特斯拉發(fā)布會(huì)情況看，擎天柱目前最精細(xì)的工作是拿起水壺澆花，與ASIMO相比尚有差距。資料來(lái)源：本田官網(wǎng)、華泰研究成本是致命傷，無(wú)法量產(chǎn)最終導(dǎo)致退役。本田公司原本希望ASIMO能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，進(jìn)入千家萬(wàn)戶照顧老年人。但ASIMO價(jià)格昂貴，造價(jià)高達(dá)300-400萬(wàn)美元，且功能過(guò)于簡(jiǎn)單，也無(wú)法進(jìn)行語(yǔ)境對(duì)話。2022年3月底本田公司選擇讓ASIMO退役。目前只有少數(shù)地方，如本田公司的青山總部大廈、日本科學(xué)未來(lái)館等地才能見(jiàn)到真容，且ASIMO租金十分昂貴，約200萬(wàn)日元/天(約合12萬(wàn)人民幣/天)、2000萬(wàn)日元/年(約合120萬(wàn)人民幣/年)。相比之下，特斯拉2萬(wàn)美元之內(nèi)的擎天柱成本優(yōu)勢(shì)更加顯著，更容易被普通大眾所接受。#2：波士頓動(dòng)力Atlas。波士頓動(dòng)力專注開(kāi)發(fā)一系列動(dòng)態(tài)高機(jī)動(dòng)性機(jī)器人。2009年，公司開(kāi)始研發(fā)PETMAN人形機(jī)器人，主要用于測(cè)試個(gè)人防護(hù)裝備在危險(xiǎn)化學(xué)環(huán)境中對(duì)人的影響。Atlas亮相，2013年7月正式向公眾公開(kāi)。此時(shí)Atlas機(jī)器人身高188cm，體重150kg，其設(shè)計(jì)目的是為了搜索和救援任務(wù)。2016年，波士頓動(dòng)力在視頻網(wǎng)站上發(fā)布了新一代的Atlas機(jī)器人，身高175cm，體重81.6kg。2018年，波士頓動(dòng)力進(jìn)一步對(duì)機(jī)器完成快速小跑、三級(jí)跳、后空翻和空中體操等一些復(fù)雜動(dòng)作。2021年8月，Atlas已經(jīng)能夠流暢進(jìn)行“跑酷”，是目前在運(yùn)動(dòng)方面最接近人類的人形機(jī)器人。液壓驅(qū)動(dòng)的Atlas運(yùn)動(dòng)能力超群，但手部靈活度不及特斯拉人形機(jī)器人。Atlas液壓驅(qū)動(dòng)的方式，單位能量輸出密度更大，使得其運(yùn)動(dòng)能力遠(yuǎn)超電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特斯拉機(jī)器人，且利用3D打印技術(shù)能夠?qū)⒘悴考w積進(jìn)一步縮小，甚至實(shí)現(xiàn)將伺服閥、執(zhí)行器、液壓管路完全嵌入四肢部件。Atlas全身28個(gè)自由度，其中單腿3個(gè)自由度、單腳踝2個(gè)自由度、腰腹2個(gè)自由度、單臂6個(gè)自由度、腕部和機(jī)械手各1個(gè)自由度，均由液壓驅(qū)動(dòng)，可以輕易實(shí)現(xiàn)各種高難度動(dòng)作，包括垂直起跳、跨越障礙、后空翻等動(dòng)作，這是同體積電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人難以完成的。但是Atlas手部的自由度幾乎為0，可以說(shuō)完全放棄了“精細(xì)活”這一技能點(diǎn)，目前也無(wú)法實(shí)現(xiàn)特斯拉機(jī)器人工廠裝配、重物搬運(yùn)和照看植被等功能。資料來(lái)源：波士頓動(dòng)力官網(wǎng)、華泰研究與特斯拉機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景大相徑庭。波士頓動(dòng)力自從MIT分離后，一直從事軍事項(xiàng)目的研發(fā)工作，為美國(guó)國(guó)防部、美國(guó)陸軍部隊(duì)、海軍部隊(duì)和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)提供軍用機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)咨詢服務(wù)，其產(chǎn)品聚焦模擬人類快速運(yùn)動(dòng)、負(fù)重等行為，應(yīng)用方向也主要是國(guó)防任務(wù)測(cè)試和極端環(huán)境救援等領(lǐng)域，而非服務(wù)場(chǎng)景，且Atlas僅物料成本就超過(guò)10萬(wàn)美元。相比之下，特斯拉機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景更加廣泛，成本優(yōu)勢(shì)更加明顯，兩者走了截然不同的發(fā)展路線。#3：小米CyberOne。小米先于特斯拉發(fā)布自研全尺寸人形機(jī)器人。2022年8月11日，小米在秋季新品發(fā)布會(huì)上搶先特斯拉公布了首款全尺寸人形仿生機(jī)器人CyberOne。CyberOne是繼去年小米仿生四足機(jī)器人Cyberdog后的又一Cyber系列機(jī)器人成員，身高177cm，體重52kg，采用MiSense視覺(jué)空間系統(tǒng)和獨(dú)特音頻算法，能感知6類45種人類語(yǔ)義情緒，分辨85種環(huán)境語(yǔ)義。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，搭載小米自研全身控制算法，全身共5種關(guān)節(jié)，可協(xié)調(diào)21個(gè)全身自由度，同樣采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)最大峰值扭矩300Nm，與特斯拉擎天柱旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)器的20Nm/110Nm/180Nm相比有峰值優(yōu)勢(shì)，但全身自由度比擎天柱 (手部11自由度+28個(gè)驅(qū)動(dòng)器)遜色不少。尤其是手部，CyberOne采用的是“夾子”型的手掌結(jié)構(gòu)，自由度比擎天柱手部11個(gè)相去甚遠(yuǎn)。此外，CyberOne的成本高達(dá)60-70萬(wàn)元，使用場(chǎng)景較為模糊，尚不能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，且多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)有待突破。資料來(lái)源：小米官網(wǎng)、華泰研究#4：優(yōu)必選Walker。優(yōu)必選Walkerx靈活度與特斯拉人形機(jī)器人相近，驅(qū)動(dòng)方式相似。Walkerx度分布：?jiǎn)瓮?個(gè)自由度、單臂7個(gè)自由度、單手6個(gè)自由度、頸部3個(gè)自由度。采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩為4.5Nm-200Nm，轉(zhuǎn)速為30rpm-90rpm，最大能夠?qū)崿F(xiàn)3km/h的行走速度，可以在20°斜坡行走并實(shí)現(xiàn)坡度實(shí)時(shí)自適應(yīng)，在15cm高度的臺(tái)階上下樓梯以及在3cm不平整地面穩(wěn)定行走。算法方面，采用U-SLAM視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主規(guī)劃路徑；基于深度學(xué)習(xí)的物體檢測(cè)與識(shí)別算法、人臉識(shí)別等，可以在復(fù)雜環(huán)境中識(shí)別人臉、手勢(shì)、物體；升級(jí)手眼協(xié)調(diào)等AI和機(jī)器人集成技術(shù)，可提供更加精準(zhǔn)靈活的服務(wù)。電源方面，采用了便攜可拆卸鋰電池，電池參數(shù)54.6V/10Ah/3.6kg，充電時(shí)間2小時(shí)，使用(綜合工況)時(shí)長(zhǎng)2小時(shí)，續(xù)航能力與特斯拉擎天柱相比較為一般。降成本與擴(kuò)場(chǎng)景理念與特斯拉類似。WalkerX是全世界第一款把成本做到10萬(wàn)美金的大型仿人機(jī)器人。通過(guò)自主研發(fā)，優(yōu)必選替換了海外采購(gòu)單價(jià)高達(dá)1萬(wàn)美元的機(jī)器人核心零部件—關(guān)節(jié)舵機(jī)，大大降低了整個(gè)機(jī)器人成本。使用場(chǎng)景方面，特斯拉擎天柱能夠覆蓋工廠、物流和家庭服務(wù)場(chǎng)景，與優(yōu)必選主打服務(wù)型機(jī)器人的路線也有相似之處。目前，優(yōu)必選WalkerX已覆蓋科技展館、影視綜藝、商演活動(dòng)、政企展廳等商用服務(wù)場(chǎng)景，以及運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器視覺(jué)、定位導(dǎo)航等科研開(kāi)發(fā)場(chǎng)景。資料來(lái)源：優(yōu)必選官網(wǎng)、華泰研究自由度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自由度與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器數(shù)量相關(guān)，關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。自由度(DegreesofFreedom，DoF)是物體能夠相對(duì)于坐標(biāo)系進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，例如，剛體具有6個(gè)自由度，分別為3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度R1、R2、R3和3個(gè)平移自由度T1、T2、T3。機(jī)器人的自由度是指確定機(jī)器人手部在空間位置和姿態(tài)時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)目，也就是機(jī)器人具有獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。機(jī)器人自由度取決于其可運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)數(shù)，而關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。關(guān)節(jié)數(shù)越多，自由度越高，運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)度也越出色，同時(shí)需要的伺服電機(jī)數(shù)量相對(duì)較多。但自由度并非多多益善，而應(yīng)結(jié)合實(shí)際的使用場(chǎng)景設(shè)置合適的值，過(guò)多的自由度會(huì)帶來(lái)控制和算法難度的提升。以工業(yè)機(jī)器人為例，其自由度數(shù)取決于作業(yè)目標(biāo)所要求的動(dòng)作。對(duì)于只進(jìn)行的機(jī)器人，有3個(gè)自由度就夠了。如果執(zhí)行器需要具有任意的位姿，機(jī)器人至少需要有6個(gè)自由度。如果機(jī)器人需要回避障礙，則需要6個(gè)以上的自由度。機(jī)器人常用的自由度數(shù)一般為5~6個(gè)，手指的開(kāi)合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在內(nèi)。機(jī)器人的操作臂用于調(diào)整末端執(zhí)行器在空間的位置，一般具有3個(gè)自由度。資料來(lái)源：《機(jī)器人驅(qū)動(dòng)與控制及應(yīng)用實(shí)例》，黃志堅(jiān)(2016，ISBN：9787122264152)、《工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)及控制》，李慧(2021，ISBN：978-7-122-37841-5)、華泰研究擎天柱的全身自由度處在業(yè)界上游水平，手部自由度較為出眾。從特斯拉披露的參數(shù)看，擎天柱擁有28個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和6個(gè)手部驅(qū)動(dòng)器(對(duì)應(yīng)11個(gè)自由度)，因此，擎天柱的全身自由度應(yīng)至少為50(28+11*2)個(gè)，從目前市場(chǎng)中人型機(jī)器人全身自由度的數(shù)量一般在20~50個(gè)看，處于業(yè)界上游水平。自由度在機(jī)器人全身的分布情況與機(jī)器人的適用場(chǎng)景也存在強(qiáng)相關(guān)，如本田的Asimo全身自由度為57，其中手部有26個(gè)自由度，幾乎占到全部自由度的一半，以此適應(yīng)精細(xì)的手部動(dòng)作；而波士頓動(dòng)力Atlas全身?yè)碛?8個(gè)自由度，但手部幾乎沒(méi)有自由度分布，這與Atlas以運(yùn)動(dòng)性能為主的理念是相適應(yīng)的。尺寸人形機(jī)器人名稱尺寸人形機(jī)器人名稱頭部手臂手部臀臀部腿部合合計(jì)頭部手臂手部臀部腿部合計(jì)DARwIn-OP2606620ASIMO32621257ROBOTICS-OP32606620HRP-449844NAO225625REEM-C2388668兒童尺寸PoppyIgusiCubARCSurenamini226228668000096967666662520532023成人尺寸AtlasHUBO+LolaNimbro-OP2IRC21222666020006766666662830242020資料來(lái)源：《Acomprehensivesurveyonhumanoidrobotdevelopment》，Saeedvand(2019)、華泰研究低成本量產(chǎn)或是特斯拉機(jī)器人落地應(yīng)用的最大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外典型的人形機(jī)器人發(fā)展情況，我們發(fā)現(xiàn)，成本是決定人形機(jī)器人能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模落地應(yīng)用的關(guān)鍵因素。例如高自由度的ASIMO，盡管自身素質(zhì)和能力已相當(dāng)完善，甚至能完成類似人類的精細(xì)動(dòng)作，但300-400萬(wàn)美元的造價(jià)決定了其完全無(wú)法量產(chǎn)，技術(shù)無(wú)法得到大規(guī)模應(yīng)用，只能被本田“下線”；運(yùn)動(dòng)能力超群的Atlas僅物料成本也已超10萬(wàn)美元，且其運(yùn)用場(chǎng)景與人類工作場(chǎng)景存在差距，目前也無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用；小米CyberOne的成本也在60-70萬(wàn)元之間，且目前無(wú)法量產(chǎn)。相比之下，優(yōu)必選的成本控制戰(zhàn)略與特斯拉更為接近，特斯拉機(jī)器人在量產(chǎn)方面優(yōu)勢(shì)較為明顯。機(jī)器人名稱機(jī)器人公司成本Optimus(擎天柱)特斯拉數(shù)百萬(wàn)產(chǎn)量的規(guī)模將成本控制在2萬(wàn)美元以內(nèi)ASIMO本田57造價(jià)高達(dá)300-400萬(wàn)美元，租金高達(dá)約12萬(wàn)人民幣/天、120萬(wàn)人民幣/年Atlas波士頓動(dòng)力28僅物料成本就超過(guò)10萬(wàn)美元CyberOne小米2160-70萬(wàn)人民幣，尚無(wú)法量產(chǎn)Walkerx優(yōu)必選41通過(guò)自主替代的方式大大降低了機(jī)器人成本資料來(lái)源：特斯拉官網(wǎng)、本田官網(wǎng)、波士頓動(dòng)力官網(wǎng)、小米官網(wǎng)、優(yōu)必選官網(wǎng)、華泰研究公司代碼公司簡(jiǎn)稱公司簡(jiǎn)稱TSLAUS特斯拉HMCUS本田汽車未上市波士頓動(dòng)力1810HK小米集團(tuán)未上市優(yōu)必選資料來(lái)源：Bloomberg、華泰研究提示技術(shù)進(jìn)步不及預(yù)期。人形機(jī)器人涉及軟硬件等多方面技術(shù)，橫跨多個(gè)細(xì)分行業(yè)及領(lǐng)域，若相關(guān)技術(shù)進(jìn)步不及預(yù)期，可能導(dǎo)致人形機(jī)器人的功能無(wú)法達(dá)到預(yù)想的水平，產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度可能受到影響。下游需求不及預(yù)期。人形機(jī)器人目前成本較高，若下游支付能力較弱的企業(yè)以及普通家庭對(duì)于人形機(jī)器人的需求不及預(yù)期，可能導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)速度慢于預(yù)期，影響相關(guān)企業(yè)的收入增長(zhǎng)節(jié)奏。經(jīng)濟(jì)弱復(fù)蘇不及預(yù)期疊加疫情影響。國(guó)內(nèi)疫情持續(xù)多點(diǎn)散發(fā)，疊加房地產(chǎn)等經(jīng)濟(jì)下行因素，給中國(guó)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇增加了不確定性，可能從宏觀層面影響機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和落地速度。本報(bào)告中涉及的公司/個(gè)股內(nèi)容系公開(kāi)信息整理，不代表本研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該公司或股票的推薦覆蓋。分析師聲明本人，謝春生，茲證明本報(bào)告所表達(dá)的觀點(diǎn)準(zhǔn)確地反映了分析師對(duì)標(biāo)的證券或發(fā)行人的個(gè)人意見(jiàn)；彼以往、現(xiàn)在或未來(lái)并無(wú)就其研究報(bào)告所提供的具體建議或所表迖的意見(jiàn)直接或間接收取任何報(bào)酬。一般聲明及披露本報(bào)告由華泰證券股份有限公司(已具備中國(guó)證監(jiān)會(huì)批準(zhǔn)的證券投資咨詢業(yè)務(wù)資格，以下簡(jiǎn)稱“本公司”)制作。本報(bào)告所載資料是僅供接收人的嚴(yán)格保密資料。本報(bào)告僅供本公司及其客戶和其關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)使用。本公司不因接收人收到本報(bào)告而視其為客戶。本報(bào)告基于本公司認(rèn)為可靠的、已公開(kāi)的信息編制，但本公司及其關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)(以下統(tǒng)稱為“華泰”)對(duì)該等信息的準(zhǔn)確性及完整性不作任何保證。本報(bào)告所載的意見(jiàn)、評(píng)估及預(yù)測(cè)僅反映報(bào)告發(fā)布當(dāng)日的觀點(diǎn)和判斷。在不同時(shí)期，華泰可能會(huì)發(fā)出與本報(bào)告所載意見(jiàn)、評(píng)估及預(yù)測(cè)不一致的研究報(bào)告。同時(shí)，本報(bào)告所指的證券或投資標(biāo)的的價(jià)格、價(jià)值及投資收入可能會(huì)波動(dòng)。以往表現(xiàn)并不能指引未來(lái)，未來(lái)回報(bào)并不能得到保證，并存在損失本金的可能。華泰不保證本報(bào)告所含信息保持在最新?tīng)顟B(tài)。華泰對(duì)本報(bào)告所含信息可在不發(fā)出通知的情形下做出修改，投資者應(yīng)當(dāng)自行關(guān)注相應(yīng)的更新或修改。本公司不是FINRA的注冊(cè)會(huì)員，其研究分析師亦沒(méi)有注冊(cè)為FINRA的研究分析師/不具有FINRA分析師的注冊(cè)資華泰力求報(bào)告內(nèi)容客觀、公正，但本報(bào)告所載的觀點(diǎn)、結(jié)論和建議僅供參考，不構(gòu)成購(gòu)買或出售所述證券的要約或招攬。該等觀點(diǎn)、建議并未考慮到個(gè)別投資者的具體投資目的、財(cái)務(wù)狀況以及特定需求，在任何時(shí)候均不構(gòu)成對(duì)客戶私人投資建議。投資者應(yīng)當(dāng)充分考慮自身特定狀況，并完整理解和使用本報(bào)告內(nèi)容，不應(yīng)視本報(bào)告為做出投資決策的唯一因素。對(duì)依據(jù)或者使用本報(bào)告所造成的一切后果，華泰及作者均不承擔(dān)任何法律責(zé)任。任何形式的分享證券投資收益或者分擔(dān)證券投資損失的書面或口頭承諾均為無(wú)效。除非另行說(shuō)明，本報(bào)告中所引用的關(guān)于業(yè)績(jī)的數(shù)據(jù)代表過(guò)往表現(xiàn)，過(guò)往的業(yè)績(jī)表現(xiàn)不應(yīng)作為日后回報(bào)的預(yù)示。華泰不承諾也不保證任何預(yù)示的回報(bào)會(huì)得以實(shí)現(xiàn)，分析中所做的預(yù)測(cè)可能是基于相應(yīng)的假設(shè)，任何假設(shè)的變化可能會(huì)顯著影響所預(yù)測(cè)的回報(bào)。華泰及作者在自身所知情的范圍內(nèi)，與本報(bào)告所指的證券或投資標(biāo)的不存在法律禁止的利害關(guān)系。在法律許可的情況下，華泰可能會(huì)持有報(bào)告中提到的公司所發(fā)行的證券頭寸并進(jìn)行交易，為該公司提供投資銀行、財(cái)務(wù)顧問(wèn)或者金融產(chǎn)品等相關(guān)服務(wù)或向該公司招攬業(yè)務(wù)。華泰的銷售人員、交易人員或其他專業(yè)人士可能會(huì)依據(jù)不同假設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)、采用不同的分析方法而口頭或書面發(fā)表與本報(bào)告意見(jiàn)及建議不一致的市場(chǎng)評(píng)論和/或交易觀點(diǎn)。華泰沒(méi)有將此意見(jiàn)及建議向報(bào)告所有接收者進(jìn)行更新的義務(wù)。華泰的資產(chǎn)管理部門、自營(yíng)部門以及其他投資業(yè)務(wù)部門可能獨(dú)立做出與本報(bào)告中的意見(jiàn)或建議不一致的投資決策。投資者應(yīng)當(dāng)考慮到華泰及/或其相關(guān)人員可能存在影響本報(bào)告觀點(diǎn)客觀性的潛在利益沖突。投資者請(qǐng)勿將本報(bào)告視為投資或其他決定的唯一信賴依據(jù)。有關(guān)該方面的具體披露請(qǐng)參照本報(bào)告尾部。本報(bào)告并非意圖發(fā)送、發(fā)布給在當(dāng)?shù)胤苫虮O(jiān)管規(guī)則下不允許向其發(fā)送、發(fā)布的機(jī)構(gòu)或人員，也并非意圖發(fā)送、發(fā)布給因可得到、使用本報(bào)告的行為而使華泰違反或受制于當(dāng)?shù)胤苫虮O(jiān)管規(guī)則的機(jī)構(gòu)或人員。本報(bào)告版權(quán)僅為本公司所有。未經(jīng)本公司書面許可，任何機(jī)構(gòu)或個(gè)人不得以翻版、復(fù)制、發(fā)表、引用或再次分發(fā)他人(無(wú)論整份或部分)等任何形式侵犯本公司版權(quán)。如征得本公司同意進(jìn)行引用、刊發(fā)的，需在允許的范圍內(nèi)使用，并需在使用前獲取獨(dú)立的法律意見(jiàn)，以確定該引用、刊發(fā)符合當(dāng)?shù)剡m用法規(guī)的要求，同時(shí)注明出處為“華泰證券研究所”，且不得對(duì)本報(bào)告進(jìn)行任何有悖原意的引用、刪節(jié)和修改。本公司保留追究相關(guān)責(zé)任的權(quán)利。所有本報(bào)告中使用的商標(biāo)、服務(wù)標(biāo)記及標(biāo)記均為本公司的商標(biāo)、服務(wù)標(biāo)記及標(biāo)記。中國(guó)香港本報(bào)告由華泰證券股份有限公司制作,在香港由華泰金融控股(香港)有限公司向符合《證券及期貨條例》及其附屬法律規(guī)定的機(jī)構(gòu)投資者和專業(yè)投資者的客戶進(jìn)行分發(fā)。華泰金融控股(香港)有限公司受香港證券及期貨事務(wù)監(jiān)察委員會(huì)監(jiān)管，是華泰國(guó)際金融控股有限公司的全資子公司，后者為華泰證券股份有限公司的全資子公司。在香港獲得本報(bào)告的人員若有任何有關(guān)本報(bào)告的問(wèn)題,請(qǐng)與華泰金融控股(香港)有限公司聯(lián)系。香港-重要監(jiān)管披露?華泰金融控股(香港)有限公司的雇員或其關(guān)聯(lián)人士沒(méi)有擔(dān)任本報(bào)告中提及的公司或發(fā)行人的高級(jí)人員。?有關(guān)重要的披露信息，請(qǐng)參華泰金融控股(香港)有限公司的網(wǎng)頁(yè).hk/stock_disclosure其他信息請(qǐng)參見(jiàn)下方“美國(guó)-重要監(jiān)管披露