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竞泰研究|人形机器人产业链研究(上)
发布时间:2024-09-28

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01

产业链价值拆解


|特斯拉Optimus拆解

Optimus的执行器数量为 28个(线性和旋转各14个),包括有6 种设计类型(三类丝杠和三类无框力矩电机),总体上左右对称,自上而下分别为肩部6 个旋转执行器、大臂2 个线性执行器、腕部2 个旋转执行器、小臂4 个线性执行器、腰部2 个旋转执行器、髋部4 个旋转执行器、大腿4 个线性执行器、小腿4 个线性执行器。


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|特斯拉Optimus Gen2 BOM成本拆解

从价值量的角度来看,据Morgan Stanley预测,Optimus Gen2 BOM成本占比较高的分别为传感器(37.0%)、电机(20.3%)、丝杠(20.2%)、减速器(12.6%);从工艺技术壁垒角度来看,丝杠≈传感器>减速器>电机。


从机体功能价值量占比划分来看,腿部占比26.6%,灵巧手占比17.3%,肩部占比14.3%,脚部占比12.2%和手臂占比10.7%,这5 部分价值量占比超过80%。


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|特斯拉机器人预期成本拆解

特斯拉机器人预期价值量分布:电机25%、滚柱丝杠12%、谐波减速器5%、力矩传感器10%、行星减速器2%。


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02

零部件总成


|线性执行器

线性执行器用于推拉动作,如手臂的伸展。


特斯拉Optimus线性执行器的配置为:无框力矩电机*1+行星滚柱丝杠*1+力传感器*1+编码器*1+驱动器+球轴承*1+四点接触球轴承*1。其中1)电机:使用特斯拉自主研发的永磁电机。2)丝杠:使用反向式行星滚柱丝杠,具有较强刚性。3)编码器:使用一个位置传感器。4)力传感器:由于丝杠没有反驱性,配置力传感器。5)轴承:使用深沟球轴承、四点接触球轴承。


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|旋转执行器

旋转执行器相对于中点(即沿圆)以角度移动,主要用于使机器人的关节进行旋转运动。


特斯拉Optimus旋转执行器的配置为:无框力矩电机*1+谐波减速器*1+力矩传感器*1+编码器*2+驱动器*1+交叉滚子轴承*1+角接触球轴承*1。


其中:1)电机:使用特斯拉自主研发的永磁电机。2)减速器:使用谐波减速器,结构简单,减速比大,传动精度和传动效率较高。3)位置传感器:使用两个,即双编码器,包括输入位置编码器、输出位置编码器。4)力传感器:使用一个非接触式扭矩传感器。5)轴承:使用角接触轴承、交叉滚子轴承。


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|灵巧手

特斯拉Optimus 灵巧手单手配置为:执行6 个空心杯关节+传动5 个蜗轮蜗杆/绳驱+若干个传感器。


特斯拉Optimus 每只灵巧手使用了6只空心杯关节,在灵巧手中相应的传动配置是:空心杯关节+蜗轮蜗杆+绳传动,在空心杯关节之后引入了一级蜗轮蜗杆:一方面是针对线传动做旋转方向的转换,另一方面是利用蜗轮蜗杆的自锁特性去提升灵巧手的负载(自锁)能力。


在空心杯关节内,空心杯电机具备高速低扭矩的特点,一般要配合减速箱以实现较小空间获得较大手指抓握力,此外还包括编码器和驱动器等。此外,灵巧手是末端感知和执行的关键部位,预计触觉和力等类型的传感器将大量使用。


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