订阅

阅读量:

人形机器人行业研究:盘点国外人形机器人之特斯拉Optimus

2023年12月18日

编辑:Ana Hu

中国出海半导体

 

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

 

《人形机器人行业研究报告》系列文章:

人形机器人行业研究:盘点国外人形机器人之特斯拉Optimus - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国外人形机器人之波士顿动力Atlas - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国外人形机器人之1X EVE和NEO - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国外人形机器人之Agility Digit - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之优必选(上) - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之优必选(下) - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之达闼机器人 - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之傅利叶智能GR1 - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之智元远征A1 - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之宇树科技H1 - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之小米CyberOne - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之科大讯飞 - (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之小鹏汽车PX5 - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:盘点国内人形机器人之追觅科技 - 中国出海半导体 (exportsemi.com)

人形机器人行业研究:未来商业化首选驱动方案是“电机+减速器” - 中国出海半导体 (exportsemi.com)