特斯拉介入人形机器人领域后，极大地提升了整体行业的吸引力，其对人形机器人总体市场超百亿台的预测让相关产业大受鼓舞。

自特斯拉2021年8月首次提出人形机器人计划，2022年10月擎天柱首次亮相，2023年5月特斯拉股东大会展示其最新迭代进步，马斯克将人形机器人业务视为将来特斯拉长期价值重要来源，目前特斯拉锚定的应用场景为复杂重复的或者危险的任务。

在AI赋能之下，人形机器人将演变为具有身体并支持物理交互，能与环境进行交互感知，具备自主规划和决策能力的“具身智能”体。

图1：人形机器人主要构成

参考工业机器人，人形机器人的核心零部件占工业机器人成本超70％，其中减速器、伺服系统、控制器分别占比约36％、24％、12％。考虑到人形机器人相较于传统工业机器人自由度大幅提升，预计减速器、电机成本占比将会更高。

图2：人形机器人产业链梳理

特斯拉Optimus机器人身高172cm，体重73kg，全身自由度共28个（不含灵巧手），用电功率静坐/慢走时为100/500W；能够硬拉68公斤，负重20公斤，拥有媲美人类的手和工作能力，可完成在工厂搬运箱、浇水植物、移动金属棒等复杂动作。

图3：Optimus基本参数示意图

在电动和驱动控制系统方面，Optimus躯干配合自由度共有28个执行器（不含灵巧手），配备2.3kWh/52V电池组；配有一块特斯拉SOC芯片。

图4：Optimus配备2.3kWh/52V电池组和SOC芯片

关节节执行器方面，Optimus全身采用六种标准执行器，包括（20Nm / 110Nm / 180N）三种旋转执行器和（500N / 3900N / 8000N）三种线性执行器，均具备良好的力和力矩输出能力。

图5：Optimus采用六种标准执行器

感知决策层面，Optimus配备基于FSD系统的Dojo超算平台，搭载有8个特斯拉汽车同款摄像头，具备强感知能力；搭载与特斯拉汽车相同芯片，基于全身各部位传感器输入的信号进行行动决策和反馈控制。

图6：Optimus搭载与汽车相同摄像头

Optimus共有28个身体自由度（不包括灵巧手），其中手臂包含7*2个自由度（肩部*3、肘部*1、手腕*3），大腿包含6*2个自由度（髋部*3、膝盖*1、脚踝*2），腰部*2。

图7：Optimus共有28个身体自由度（不包括灵巧手）

关节模组中旋转关节采用无框电机+谐波减速器+力矩传感器+双编码器+轴承的结构，共有14个旋转关节。线性关节采用无框电机+行星滚柱丝杠+传感器+轴承结构，共有14个线性关节。

图8：Optimus关节模组图

灵巧手采用空心杯电机+行星减速器+齿轮箱+螺纹丝杠+编码器结构。包含6个自由度（拇指*2、其余四指*1），11个关节（拇指*3、其余四指*2）。

图9：Optimus关节环节数量明细

据测算，特斯拉Optimus人形机器人关节价值量测算如下：

图10：Optimus各部分成本

图11：一张图了解Optimus

特斯拉Optimus共有14个旋转执行器，电机+减速器成本占比超44。根据特斯拉披露的参数推测，特斯拉Optimus全身预计使用14个旋转执行器，由无框电机、谐波减速器、力矩传感器、编码器、角接触轴承、交叉滚子轴承构成，其中无框电机、谐波减速器、力矩传感器占成本比重较大。

图12：Optimus旋转关节

特斯拉Optimus全身使用14个线性执行器，行星滚柱丝杠、反向滚柱丝杆是线性关节中价值量占比较高的零部件。特斯拉人形机器人线性关节由无框电机、反向滚柱丝杠和行星滚柱丝杠、力矩传感器、位置传感器（编码器）、球轴承和四点接触球轴承构成。其中行星滚柱丝杠具有高承载能力强、高强度、高精度、寿命长的优势特点，但结构较为复杂，加工难度高，因而在零部件成本中占比较高。

图13：Optimus线性关节

特斯拉Optimus灵巧手主要由空心杯电机、行星减速器、行星精密齿轮箱、螺纹丝杠和编码器构成。灵巧手采用六电机布局方式：大拇指采用双电机用于驱动弯曲和侧摆，其余四根手指各安装一个电机用于驱动动作。因此，Optimus双手共有12个执行器，算上其他部位，特斯拉机器人全身执行器数量为40个。

空心杯电机是灵巧手的核心部件。空心杯电机具有尺寸小、功率低、控制性能好、稳定性高等特点，是典型的微特电机。空心杯电机能够满足人形机器人灵巧手的设计和技术要求。

图14：Optimus灵巧手

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