摘要：特斯拉人形机器人Optimus全身拥有28个自由度，关节部分整体成本占比约55%，主要包括旋转关节、直线关节以及灵巧手。
人形机器人关节
特斯拉人形机器人Optimus全身拥有28个自由度，关节部分整体成本占比约55%，主要包括旋转关节、直线关节以及灵巧手。
旋转关节主要包括驱动器、无框力矩电机、谐波减速器、编码器、机械离合器、轴承等，14个旋转关节合计占比约14.1%。
无框力矩电机
无框力矩电机作为人形机器人的核心零部件，能够实现极高的控制精度，用于人形机器人线性关节和旋转关节。
国产人形机器人本体厂商如宇树H1、远征A1、小米Cyberone、优必选X1、傅里叶GR-1，关节单元也都使用无框力矩电机，最大扭矩为360Nm。
旋转关节中的无框力矩电机：
无框力矩电机目前存在较高的技术壁垒，全球市场呈头部集中的格局。
主要制造商包括科尔摩根（美国）、威腾斯坦（德国）、尼得科（日本）、派克汉尼汾（美国）、MAXONMOTOR（瑞士）等。
国内无框电机行业玩家少，集中度较高，主要参与者包括步科股份、昊志机电、伟创电气、禾川科技等。
无框力矩电机的性能在很大程度上取决于其电机结构和编码器。
编码器影响电机运动控制功能，高端产品主依赖进口重要元件芯片、码盘的制作工艺难度较大，是国产化的主要壁垒。
市场格局方面，编码器市场长期被海外企业占据，例如海德汉、多摩川、雷尼绍等。
我国本土领先供应商包括禹衡光学（奥普光电）、长春汇通（汇川技术）、宜科电子，苏州捷之硕等，其中禹衡光学在国内处于领先地位、技术水平能够和外资竞争，市占率约7.7%。
谐波减速器
减速器是人形机器人用量价值较大的零部件，成本占比高达35%。
谐波减速器因其体积小、重量轻、传动比大等特点，常被用于这些需要精细操作的部位。
特斯拉 Optimus 机器人减速器方案：
日系龙头哈默纳科垄断谐波减速器市场，全球份额超 80%。
绿的谐波引领国产替代，来福谐波、同川科技、大族精密等企业也加快市场布局。
伺服驱动器
驱动方式来看，主要是基于主控系统→控制器→驱动→传动→执行→传感反馈的逻辑。
国内伺服驱动主要厂商包括汇川技术、禾川科技、雷赛智能、埃斯顿、蓝海华腾、鸣志电器等。
特斯拉关节执行器分布：
轴承
轴承主要应用于旋转关节执行器关节连接的轴承包括角接触轴承、交叉滚子轴承等；谐波减速器需要用到柔性轴承、滚针轴承等。
人形机器人灵巧手预计 使用 24 个滑动轴承、24 个球轴承和 36 个滚针轴承。国内商包括五洲新春、长盛轴承、力星股份和国机精工等。
特斯拉人形机器人直线关节也包括上述旋转环节中的驱动器、无框力矩电机、编码器，14个直线关节合计成本占比约35.4%。
丝杠
丝杠是将旋转与直线运动互相转化的传动元件，按设计结构角度分为梯形丝杠、滚珠丝杠、行星滚柱丝杠。
行星滚柱丝杠是人形机器人零部件最高价值环节，成本占比约28.6%。以特斯拉Optimus为例，单个行星滚柱丝杠的单价约为1500元/个，单台人形机器人中行星滚柱丝杠的总价值约在2.1万元以上。
丝杠主要分类：
瑞士GSA公司是全球第一大行星滚柱丝杠制造企业，在中国市场份额高达52%
特斯拉形机器人Optimus直线关节为反式行星滚柱丝杠，使用的是瑞士GSA制造的RGTI 12.8。
国内目前已布局行星滚柱丝杠的主要企业有北特科技、恒立液压、贝斯特、双林股份、五洲新春、新剑传动、南京工艺、鼎智科技、KGG等。
灵巧手灵巧手主要包括驱动器、空心杯电机/无刷有齿槽电机、编码器、精密行星减速器、行星齿轮箱、蜗轮蜗杆等，2个手部关节成本合计占比约5.5%。
特斯拉Optimus灵巧手：
资料来源：特斯拉AI DAY
空心杯电机/无刷有齿槽电机
人形机器人手部的手指关节需要较高的自由度，需配备体积小但能输出功率高的电机，而空心杯电机匹配此要求。
空心杯电机作为人形机器人灵巧手末端执行器的核心零部件，是目前性能最优的电机方案之一。
特斯拉Optimus灵巧手采用6电机驱动，需要使用12个空心杯电机。
空心杯电机的主要组成部分包括空心杯绕组、转子组件、传感器组件、法兰、轴承、磁轭等，核心技术壁垒包括线圈设计、绕线工艺以及绕线设备等。
全球市场格局方面，瑞士Maxon、德国Faulhaber、瑞士Portescap等处于行业第一梯队，并已经大量申请空心杯电机相关的专利技术。
国内一些优秀厂商正在加速追赶和布局。以鸣志电器和鼎智科技产品为例，工控领域头部厂商伟创电气也切入到机器人空心杯电机领域；微传动头部企业兆威机电转矩直流电机和无刷空心杯电机均已形成系列产品，兆威机电在CES 2025展会也上展出了其革命性产品灵巧手，采用并联与线性电机技术，提供17-20个自由度，其6mm-16mm空心杯电机适用于多种机器人应用；此外拓邦股份和雷赛智能等厂商也加码布局该领域。
精密行星减速器
精密行星减速器主要由太阳轮、行星轮、内齿圈三大核心部件构成，其主要的技术难点也在于三大部件的生产加工。
全球精密行星减速器供给格局相对分散，主要玩家包括日本新宝、纽卡特等国外巨头，国内科峰智能、纽氏达特和威腾斯坦等厂商引领国产替代，中大力德、南方精工、江苏雷利、丰立智能等厂商也有行星减速器技术布局。
人形机器人感知系统包括摄像头、IMU、关键力矩传感器、六维力矩传感器、触觉传感器等，合计成本占比约25.8%
人形机器人传感器应用位置：
触觉传感器主要分为柔性、和刚性（MEMS为主）。其中，柔性触觉传感器具有更高的价值，壁垒主要在材料和制造两方面。
Optimus的每只手指均配备柔性触觉传感器：
触觉传感器目前处于发展早期，当前市场主要以Canatu、Sensel、Flexpoint等海外企业为主。柔性触觉传感器相关布局厂商包括汉威科技、申昊科技、帕西尼感知、柯力传感、苏试试验、中科纳芯、墨现科技、康斯特、力感科技和钛深科技等。
当前机器视觉向机器人视觉不断进化。人形机器人视觉方案目前主要以结构光、双目或多目RGB、TOF 等的组合方案为主。
优必选人形视觉方案：
全球机器视觉市场以美国康耐视和日本基恩士为代表的厂商占据全球超 50%的市场份额。
国内机器视觉以海康威视、大恒科技、天准科技、凌云光为代表的中国本土机器视觉厂商已在核心零部件技术与独立软件算法等方面进行大力投入；奥比中光在中国服务机器人 3D 视觉传感器领域市占率超过70%；奥普特拥有完整的机器视觉核心软硬件产品。
此外，IMU能够实时测量人形机器人在三维空间中的角速度和加速度，该领域主要布局厂商有敏芯股份和芯动联科等。
力/力矩传感器使机器人在执行操作时能够自主调整其姿态，从而确保操作的稳定性和精确度。
六维力传感器是维度最高的力觉传感器，能够提供最高维度的力觉信息，并给出最为全面和精准的力觉数据。
六维力传感器相关布局厂商包括宇立仪器、坤维科技、鑫精诚、蓝点触控、昊志机电、柯力传感、东华测试、海伯森、瑞尔特等。
控制器是机器人的大脑，主要负责发布和传递动作指令。
该环节国内主要参与厂商包括汇川技术、新时达、英威腾、雷赛智能、埃夫特、新松机器人、埃斯顿等。
几款人形机器人的控制器方案：
来源：全产业链研究
