人形机器人行业研究：盘点国外人形机器人之特斯拉Optimus

一直以来，人形机器人产业发展都备受关注，而近年来涌现越来越多的企业投身其中，这与我国政策支持不无关系。上个月工业和信息化部出台了《人形机器人创新发展指导意见》，其中提到，人形机器人有望成为计算机、智能手机、新能源汽车之后的颠覆性产品，其发展潜力大，应用前景广，将是未来产品的新赛道。而国金证券近来也发布了《机器人行业研究》，中国出海半导体将从今日起，分小节，和大家一起来解读这份行业报告。

您将在这个系列文章中了解国内外人形机器人发展的现状，应用场景，技术壁垒，以及未来发展方向。首先，让我们来了解一下特斯拉的人形机器人。

特斯拉：Optimus人形机器人持续迭代，计划24年用于特斯拉工厂

作为全球电动汽车的领军企业，特斯拉人形机器人一直在持续迭代更新。

——2021年8月，特斯拉CEO马斯克于首届AI DAY展示了人形机器人概念机Tesla Bot。

——2022年2月，特斯拉在提出概念仅6个月后成功推出人形机器人原型机，并作为开发平台进行深度研发。

——同年9月，特斯拉在第二届AI DAY发布新版本的“擎天柱”(Optimus)人形机器人，可以实现直立行走、搬运、洒水等复杂动作。马斯克当时预计，Optimus将于3-5年内实现量产上市，其最终数量将会达到百万级，成本将降至2万美元左右。

——2023年5月，特斯拉在年度股东大会上展示了Optimus最新样机。

图1：特斯拉Optimus发展节点(*特斯拉AI DAY 2022，特斯拉2023股东大会，国会证券研究所)

2022年9月，特斯拉在Al Day上推出人形机器人“擎天柱”。在发布会现场，特斯拉机器人展示了行走、挥手、摇摆等动作，同时分享了其在汽车工厂搬运、给植物浇水、移动金属零件的视频。从公布数据来看，Optimus身高约173cm，体重73kg。马斯克表示人形机器人具备一定程度智能化，可以替代体力劳动，有望在3-5年后实现量产，量产后将达到数百万台，其价格可能低于2万美元。

图2:Optimus原型机在搬运货物；Optianus基本参数(*来源：特斯拉 AI DAY 2022，国金汪券研究所)

执行系统：全身具有40个执行器，50个自由度，采用了减速机＋电机的传动模式，减速机扭矩范围20Nm-180Nm，电机力矩范围500N-8000N。
躯干：躯干28个自由度，分别为肩部6个、肘部2个、腕部6个、腰部2个、髋部6个、膝部2个、踩部4个，对应28个关节执行器，考虑到成本以及节能等问题，共采用6种结构设计（3种旋转、3种线性），应对不同载荷需求，同时关节结构加入仿生学设计，如膝盖关节分为4个子电机，和人类膝盖关节／韧带构成类似。
灵巧手：Optimus手部结构采用五指多关节设计，单手具有6个执行器和11个自由度，搭载多个传感器，且具有手内控制器，可以驱动手指并接受传感器反馈，且拥有自适应的抓握角度，具备工具使用能力和小物件精准抓握能力，负荷可达20磅（9公斤）。

图3:Optimus非常灵活，身体具有28个自由度，手具有11个(*米源：特斯拉 AI DAY 2022，国全注券研究所)

动力系统：高度集成，搭载特斯拉自研电池技术，其配备一个带有集成电子设备的2.3kWh电池组，理论电压为52V。冷却系统特斯拉采用高度集成充电管理，复用汽车电池的能量管理系统，实现静坐能耗100w，慢走能耗500w，躯干内部2.3kWh的电池组可以满足一整天用电需求。

图4:Optimus躯干内部搭载2.3kWh的电池组,实现静坐能耗100w，慢走能耗500w(*来源：特斯拉 AI DAY 2022，国全汪券研究所)

感知系统： Optimus 采用与特斯拉电动车相同的全自动驾驶系统 FSD 和感知计算单元，包括自主研发的芯片集成系统作为"大脑"以及三颗 Autopilot 级别摄像头。特斯拉采用与 Autopilot 相同的算法框架，通过自动标注、仿真和数据引擎形成训练数据用以训练 Optimus 的神经网络，使 Optimus 能够做到感知周围环境、自主规划行动路径、直立行走并保持相对平衡等功能。

图5:Optimus视觉导航技术;基于环境感知规划行走路线(*来源：特斯拉AI DAY 2022，国全汪葬研究所)

特斯拉在23年5月股东大会上，发布了 Optimus 人形机器人演示视频。在机械关节控制方面，特斯拉机器人电机扭矩控制，力度控制更加精确灵敏，能做到精准控制力道不打碎鸡蛋；在感知方面， Optimus 环境感知和记忆能力提升不仅可以看路，亦会记路；在学习方面， Optimus 可根据人类动作范例，进行端到端动作操控。

图6：特斯拉在23年股东大会最新Opt imus机器人;力度控制更加精确灵敏(*来源：特斯拉 AI DAY 2022，国金证券研究所)

特斯拉公布Optimus最新进展，特斯拉人形机器人再进化。23年9月，特斯拉发布机器人最新视频：Optimus能够仅依靠视觉来对物体进行分类，甚至还能完成瑜伽动作。

视觉能力：Optimus 拥有了自我校准手臂和腿部的能力，仅使用视觉和关节位置编码器，即可在空间中精准定位自己的肢体。经过校准，Optimus可以更高效的学习各种任务。目前Optimus能够完全自主的按颜色对色块进行排序，排除现实世界的动态影响。在旁边人的干扰下也可以继续完成工作。

平衡能力：目前Optimus还可以做出多个单腿支撑的运动拉伸动作，并能在拉伸的同时保持躯千平衡。图7:Optimus能够仅依靠视觉分类物体，还可以实现单腿站立(*米源：特斯拉2023股东大会，国会证券研究所)

特斯拉CEO马斯克表示，0ptimus的目标是替代人类完成重复劳动、危险操作等工作，以智能助手的角色投入生产中。它将首先在特斯拉工厂做些移动搬运、零部件装配等工业级操作，之后可扩展至家庭等更复杂环境中，成为通用服务机器人。在特斯拉第二季度财报电话会议上，马斯克表示现在特斯拉已经生产了10台Optimus，预计会在2024年用于特斯拉工厂。

下一期，中国出海半导体将带您了解波士顿动力的人形机器人，敬请期待！您还可以给我们留言（anahu@ehaitech.com），发表您的看法或疑问。

数据来源：特斯拉

文献来源：国金证券研究所

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