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一、人形机器人的“前世今生”

1、人形机器人的“L0~L5”

人形机器人是指外观和人类相似的智能机器人。按照智能化程度，人形机器人分为六个层级：L0~L5。目前，人形机器人正处于从L3向L4过渡的阶段。

• L0：机器人只能通过人类指令驱动，没有任何智能化设计。
• L1：机器人能够驱动关节，完成拖拽、录制、回放等功能。
• L2：机器人通过算法规划运动轨迹，完成特定动作。
• L3：机器人具备感知能力，能利用传感器获取环境信息，自主识别、理解和反馈预设动作。
• L4：机器人具备一定的认知能力，能够自主推理，完成任务，减少对人的干预。
• L5：机器人拥有完全的人类思维和创造力，能够自主判断并执行复杂的任务。

2、人形机器人历史上的四大发展阶段

人形机器人的发展历程可以分为四个阶段：

• 萌生阶段（1495-1972）：这一阶段主要是对人形机器人的初步探索，主要功能是简单的结构驱动。
• 早期发展阶段（1972-1986）：以早稻田大学研发的人形机器人为主，开始出现初级的智力水平。
• 系统高度集成发展阶段（1986-2010）：日本公司如本田、软银等推出了一些应用在展览和娱乐领域的机器人。
• 高动态运动发展阶段（2010至今）：美国公司在人形机器人领域取得显著进展，制造出能够完成复杂任务的机器人。

（1）萌生阶段（L0）：简单结构驱动，智力为零

这个阶段的机器人只能实现简单的结构驱动，属于最基础的L0层级。早期的人形机器人如古希腊的“塔罗斯”和“土耳其机器人”，以及1495年达芬奇绘制的“机器武士”，都是这一阶段的典型代表。

（2）早期发展阶段（L1~L2）：有了初步的智力水平

1972年，早稻田大学研发出WABOT-1，这是世界上第一款全尺寸人形智能机器人。它能够执行搬运物体等任务，智力水平相当于一岁半的婴儿。1984年，WABOT-2的推出进一步提升了机器人的智力水平。

（3）系统高度集成发展阶段（L2~L3）：应用场景简单，以娱乐和展览为主

在这个阶段，人形机器人已经能够完成跑步、转弯、识别面孔等简单任务。代表性机器人包括本田的ASIMO、软银的NAO和波士顿动力的PETMAN。

（4）高动态运动发展阶段（L3~L4）：“自主”功能逐步完善

随着技术的发展，机器人逐渐具备了自主理解、自主推理、自主决策和自主行动的能力。这一阶段的机器人属于L3~L4级别，代表性的机器人有波士顿动力的Atlas、汉森机器人的Sophia、优必选的Walker等。

二、人形机器人成本详拆，哪些环节值得关注？

1、基于Optimus的成本拆分

特斯拉Optimus是目前最受关注的人形机器人。其BOM成本中，关节部件的价值量占比超过一半，主要包括无框力矩电机、谐波减速器和传感器等。

（1）体型与躯干：共28个执行器，200+自由度

Optimus原型机身高172cm，体重73kg，全身自由度超过200，手部自由度27个。其中，旋转执行器16个，直线执行器12个。

（2）旋转执行器：核心部件为谐波减速器

旋转执行器主要用于肩膀、手臂、肘部、髋关节等部位，主要由伺服电机、谐波减速器和编码器组成。谐波减速器因其体积小、重量轻、传动比大等特点，成为旋转执行器的核心部件。

（3）直线执行器：核心部件为滚柱丝杠

直线执行器主要用于肩膀、手臂、大腿和小腿的直线关节，主要由伺服电机、滚柱丝杠和编码器组成。滚柱丝杠是直线执行器的核心部件，具有高承载能力和长寿命的特点。

（4）灵巧手：核心部件为空心杯电机

灵巧手是机器人操作和动作执行的末端工具，主要由空心杯电机、螺杆和传动齿轮等部件组成。空心杯电机因其尺寸小、质量轻、精度高等特点，成为灵巧手的核心部件。

（5）软件：高度复用特斯拉自动驾驶技术

Optimus大量复用了特斯拉在汽车自动驾驶方面的技术，包括与软件相匹配的硬件（如摄像头、芯片等）。Optimus采用特斯拉自动驾驶中使用的三目摄像头，通过Autopilot算法和占用网络训练机器人，构建3D环境并规划行动轨迹。

2、核心关节零部件

（1）减速机构：谐波减速器最为受益

谐波减速器因其成本低、精度高、体积小、重量轻等特点，成为人形机器人旋转执行器的理想选择。谐波减速器主要应用于工业机器人、服务机器人等领域，随着人形机器人的普及，其市场需求将大幅增加。

（2）滚柱丝杠：人形机器人量产将带来增量市场

滚柱丝杠主要应用于机床、半导体设备、航空航天精密件、机器人等领域。Optimus采用的滚柱丝杠主要为行星滚柱丝杠和反向滚柱丝杠。人形机器人量产将带来29-96亿元的增量市场。

（3）无框力矩电机：人形机器人关节电机主流的解决方案

无框力矩电机是一种极数较多的特种电机，能在低速甚至堵转时持续运转。这种电机在人形机器人中广泛应用，因为其具备极高的刚度、高效率、静音、稳定性和低维护性等特点。

（4）空心杯电机：灵巧手最核心的零部件

空心杯电机具备节能、控制和拖动的特性，适用于军工、航空航天、工业控制、机器人等领域。人形机器人带来的空心杯电机增量市场规模大约为22-60亿元。

（5）传感器：人形机器人将集成大量不同种类的传感器

人形机器人将集成大量的不同种类的传感器，如力/力矩传感器、位置传感器、视觉传感器、听觉传感器等。力/力矩传感器在执行器中大量使用，随着人形机器人数量的增加，传感器市场将迎来快速增长。

总结

人形机器人的发展经历了四个阶段，目前已经进入具备感知和认知能力的第四阶段。关键核心硬件零部件包括减速机构（谐波减速器、行星减速器）、滚柱丝杠、无框力矩电机、空心杯电机以及各类传感器。关节部件的价值量总和占BOM成本的比例超过一半。随着大模型算法的不断成熟，人形机器人的自主决策能力和交互能力有望实现质的飞跃。