机器人：零部件选型逻辑及空间几何？【天风机械】

特斯拉发布人形机器人Optimus，引发行业热潮。旋转关节14个+直线关节14个+手部关节12个；旋转关节构成：无框电机+谐波减速机+角接触轴承+交叉滚子轴承+编码器+力矩传感器；直线关节构成：无框电机+行星滚柱丝杠+深沟球轴承+四点接触球轴承+力矩传感器+编码器。

我们重点讨论各环节的零部件选型逻辑：

1）电机：特斯拉bot选择力矩电机的核心原因系其相对于伺服电机及步进电机而言可以在中低速运动中就可以提供更高扭矩，特别适用于人形机器人的低速+高力矩要求，难度较大，海外最好的目前是科尔摩根；球形电机目前尚未非常成熟，未来可能会用于特斯拉机器人的肩部及腕部等关节，国内厂商主要麦格米特；

2）减速器：谐波减速器的优越性在于结构简单、传动比高、精密度高，在旋转关节中，我们估计谐波相对难以替代，但谐波同样需要提升其在耐久性等方面的能力，所以不排除减速器仍有一定改型空间；在直线关节中，未来不排除使用行星减速器，但这对于谐波没有替代关系；

3）传感器：力矩传感是人形机器人必须使用的关节零部件，形成电机-减速机-传感器的关节总成设计，力矩核心为感力模块，当前是提升机器人安全性的关键零部件，难以被电机本身的电流测量所替代，海外ATI为该领域龙头；4）上肢传动方式：滚珠丝杠是机械传动方式的一种，其主要将滚珠往复运动转化为丝杠直线运动，相较于一般的皮带、链条等传动方式摩擦小、维护成本低；

5）下肢传动方式：大腿+小腿所要用到的行星滚柱丝杠，目前单台机器人使用数量为8个，性能显著优于滚珠丝杠，尤其是耐外力冲击+寿命等方面的性能；下肢还有可能采用连杆结构+电机+行星减速器+滚子轴承，主要原因是使用广泛、加工难度低等优势；

6）手部关节：特斯拉手部包含12个关节，其主要特色为使用空心杯电机产品，空心杯电机实际上为一种在设计上更为简单的电机产品；

7）直线&旋转关节选择的轴承包括角接触轴承、交叉滚子轴承、深沟球轴承、四点接触球轴承等；这类轴承普遍特征为重量轻、设计紧凑、高精度、刚度好（不容易形变）等，但维护成本较为频繁。

空间及弹性测算：我们在特斯拉出货5/10万台机器人情景下，假设主要标的市占率能够做到30%、净利率与此前行业水平保持一致的情况下，计算特斯拉机器人给主要标的利润弹性：出货10万台情境下，按照乐观单位价值量，步科股份、鼎智科技、秦川机床、柯力传感、中大力德、新剑传动等弹性更大，鸣志电器、贝斯特、绿的谐波弹性在15-40%之间，三花智控、拓普集团、恒立液压、双环传动等弹性虽小、但均为直接对接特斯拉，是不可忽视的白马品种。