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擎天柱原型機(jī)器人發(fā)布，關(guān)注人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)迭代
　　2022年10月1日，馬斯克在特斯拉人工智能日上發(fā)布“擎天柱（Optimus）”原型機(jī)，從電源系統(tǒng)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等多個(gè)角度進(jìn)行了展示。本報(bào)告將聚焦原型機(jī)的電源和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，分析電源的參數(shù)特點(diǎn)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、評(píng)估優(yōu)化算法、共性分類(lèi)理念進(jìn)行解析。通過(guò)與其他人形機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較，我們認(rèn)為，以特斯拉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高自由度為契機(jī)，有望推動(dòng)人形機(jī)器人行業(yè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)一步迭代發(fā)展。
　　電源模組：或直接采用特斯拉汽車(chē)電池
　　“擎天柱”軀體中央內(nèi)置有2.3kWh的電池組，工作電壓為52V，能支持人形機(jī)器人工作一整天。該電池組基于特斯拉汽車(chē)和能源產(chǎn)品技術(shù)積累，在單PCB板上集成了所有電池相關(guān)電子器件，覆蓋電力感知、充電管理和功率分布等功能。特斯拉未公布使用的電池情況，但從效果圖來(lái)看，或采用自研的4680電池。該電池有無(wú)極耳、硅負(fù)極、無(wú)鈷等技術(shù)加持，預(yù)計(jì)在2022年底前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。同時(shí)，為了適應(yīng)未來(lái)機(jī)器人電源模組擴(kuò)大、工作功率提高等需求，特斯拉或?qū)⑵湓诔?jí)計(jì)算機(jī)DOJO中研發(fā)的電壓調(diào)節(jié)模塊用于機(jī)器人電源系統(tǒng)中，解決熱膨脹導(dǎo)致的電池模組形變問(wèn)題。
　　基于評(píng)估優(yōu)化與共性分類(lèi)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　擎天柱直接借鑒了特斯拉汽車(chē)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，基于評(píng)估優(yōu)化的方法確定了全身28個(gè)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)低成本量產(chǎn)，特斯拉通過(guò)共性分類(lèi)的方法，將28個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器分為6類(lèi)，包括3種旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)器和3種線性驅(qū)動(dòng)器。其中，旋轉(zhuǎn)式驅(qū)動(dòng)器基于無(wú)框力矩電機(jī)+諧波減速器，規(guī)格為20Nm/110Nm/180Nm和0.55kg/1.62kg/2.26kg，采用無(wú)框電機(jī)+諧波減速器方案，配備輸入、輸出位置傳感器和非接觸式力矩傳感器；線性驅(qū)動(dòng)器規(guī)格為500N/3900N/8000N和0.36kg/0.93kg/2.20kg，基于無(wú)框電機(jī)+行星絲杠方案，配備了位置傳感器以及力傳感器。
　　機(jī)器人驅(qū)動(dòng)：電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多自由度人形機(jī)器人是行業(yè)主流
　　本田ASIMO機(jī)器人是典型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)人形機(jī)器人，全身自由度高達(dá)57個(gè)，能夠完成“開(kāi)杯蓋、倒水”等精細(xì)動(dòng)作；波士頓動(dòng)力的Atlas機(jī)器人是高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人的代表，采用單位能量輸出密度水平更高的液壓驅(qū)動(dòng)，可通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)一步減少部件體積，強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)能力，但手部自由度欠缺，無(wú)法完成精細(xì)動(dòng)作；小米CyberOne形態(tài)酷似特斯拉機(jī)器人，同樣采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)最大峰值扭矩300Nm，全身自由度21，但手部自由度欠佳；優(yōu)必選Walker x由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，全身自由度高達(dá)41，參數(shù)方面與擎天柱十分接近，但2小時(shí)的續(xù)航能力較為一般。
　　低成本實(shí)現(xiàn)了高自由度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，靈活度有望加速提升
　　與其他人形機(jī)器人相比，擎天柱突出優(yōu)勢(shì)在于成本低、可量產(chǎn)。比較看，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，擎天柱全身自由度約為50，已處于行業(yè)上游水平；電源方面，目前可支持機(jī)器人一整天的運(yùn)作；運(yùn)用場(chǎng)景方面，以工廠、物流和家居工作環(huán)境為主，對(duì)高動(dòng)態(tài)運(yùn)用需求不大。除優(yōu)必選Walker x同樣以低成本量產(chǎn)為目標(biāo)外，特斯拉機(jī)器人具有較為明顯的成本優(yōu)勢(shì)和明確的使用場(chǎng)景。
　　風(fēng)險(xiǎn)提示：技術(shù)進(jìn)步不及預(yù)期，下游需求不及預(yù)期，經(jīng)濟(jì)弱復(fù)蘇不及預(yù)期疊加疫情影響。本報(bào)告中涉及的公司/個(gè)股內(nèi)容系公開(kāi)信息整理，不代表本研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該公司或股票的推薦或覆蓋。