人形机器人各环节成本拆分

人形机器人各环节成本拆分

人形机器人作为人工智能与机器人技术的融合体，其发展备受关注。本文将从成本角度深入解析人形机器人产业链，探讨其各环节成本构成及未来发展前景。

一、人形机器人发展概况

（一）当下发展态势

在当下人工智能快速进步的大背景下，人形机器人产业已然进入了发展的快车道。例如在 2024 世界机器人大会、2024 世界人工智能大会等大型人工智能相关盛会上，众多新型人形机器人纷纷亮相，展示着这一领域的前沿技术与快速进展。人形机器人凭借其仿人形态、灵活的运动能力以及智能交互等特点，正逐渐改变着机器人产业的格局，其在环境感知和人机交互方面的优势更是引起了各界的广泛关注。

如今，人形机器人已成为科技领域的热门研究对象，它融合了人工智能与机器人技术，具备模仿人类外形和行为的能力，有望在工业制造、应急救援、医疗、养老、教育、娱乐等多个领域发挥重要作用。像在工业制造领域，人形机器人可以承担如汽车制造生产线中的焊接、搬运等重复性、危险性较高的工作，通过精确的动作控制和传感器感知，在复杂生产环境中准确完成任务，提高生产效率和质量；在应急救援方面，能进入火灾现场、地震废墟等危险区域进行救援工作，减少人员伤亡。可以说，人形机器人的应用前景备受各界关注，大家都期待着它能在更多领域大放异彩。

（二）大规模应用成本要求

对于人形机器人要实现大规模应用，专家们有着明确的成本标准方面的考量。根据 Macquarie Research 在 2023 年发布的报告显示，人形机器人的硬件总成本目前约为 5 万美元，其中端到端 AI 软件大脑、传感器及芯片、伺服电机及电机驱动器都各需要 1 万美元，惯性测量单元和扭矩传感器需要 5000 美元，精密减速器需要 8000 美元，电池和电池控制系统需要 2000 美元，其他部件（包括机身材料）约 5000 美元。而以色列智能机器人中心主席 Yosi Lahad 认为，为了让人形机器人能够得到大规模采用，其成本需要降到两万美元以下，也就是要降到现在成本的一半以下。

为实现这一成本目标，或许需要对机器人的外型等方面做出一些改变。例如重新考虑模仿人类腿部的底座设计等，通过优化结构等方式来降低成本。毕竟人形机器人的研发和生产环节较为复杂，从研发来说，涉及多领域前沿技术，机械、电子、计算机等方面投入巨大；生产流程上，多个部件的精密加工和组装要求高，导致生产效率受限，规模化生产难以实现，这些因素都使得人形机器人成本居高不下，而只有达到大规模应用的成本要求，人形机器人才能真正在市场上普及开来，发挥出更大的作用。

二、人形机器人各环节成本拆解

（一）硬件总成本情况

根据 Macquarie Research 在 2023 年发布的报告显示，人形机器人的硬件总成本目前约为 5 万美元。其中，端到端 AI 软件大脑、传感器及芯片、伺服电机及电机驱动器都各需要 1 万美元，惯性测量单元和扭矩传感器需要 5000 美元，精密减速器需要 8000 美元，电池和电池控制系统需要 2000 美元，其他部件（包括机身材料）约 5000 美元。

从各组件成本占比来看，传感器及芯片部分占比较高，这与人形机器人对于感知外界环境等智能交互功能的高要求密切相关，毕竟只有精准地感知周围状况，才能更好地执行各类任务。而伺服电机及电机驱动器关乎机器人的动力和动作控制，同样是不可或缺的重要部分，占比也达到了一定程度。像端到端 AI 软件大脑作为机器人的 “智慧中枢”，对其整体智能化水平起着决定性作用，所以在成本中也占据了较大份额。

（二）关键部件成本占比

以特斯拉Optimus 为例来分析关键部件在人形机器人单机价值量中的占比情况。无框力矩电机用于身体关节处，约需 28 台，假设均价 1500 元 / 台，单机价值量约 4.2 万元，占比 21%；空心杯电机用于手部关节处，约需 12 台，假设均价 700 元 / 台，单机价值量约 8400 元，占比 4%；行星滚柱丝杠用于身体关节的线性执行器处，约需 14 个，假设均价 2000 元 / 个，单机价值量约 2.8 万元，占比 14%；减速器用于身体关节、手部关节处，约需 14 个谐波减速器、12 个行星减速器，单机价值量约 3.4 万元，占比 17%；力矩传感器用于身体关节、手部关节处，约需 40 个，假设单价 800 元 / 个，单机价值量约 3.2 万元，占比 16%。

由此可见，像无框力矩电机等关乎机器人关节活动、力量输出的关键部件占比相对较高，体现出它们在保障机器人灵活运动、执行各类动作方面的重要程度。而像空心杯电机在手部关节运用，虽然占比相对没那么高，但对于实现手部灵活抓握等精细操作也有着关键作用，各关键部件共同协作，构成了人形机器人实现多样化功能的基础，它们不同的占比也反映出在整体价值量中的不同贡献程度。

三、各主要环节具体解析

（一）减速器环节

在人形机器人中，减速器起着至关重要的作用，主要包含 RV 减速器和谐波减速器两类。

RV 减速器拥有较高的传动效率、输出扭矩和扭转刚性，通常应用于机器人的腿部、腰部和肘部等承重关节。它是在传统摆线针轮、行星齿轮传动装置的基础上发展起来的传动机构，由摆线针轮和行星支架两级减速机构组成，具备体积小、抗冲击力强、扭矩大、定位精度高、振动小、减速比大等诸多优点。不过，RV 减速器也存在一些技术难点，其制造核心难点在各项工艺的密切配合，包括设计、原材料、加工工艺、零件对称性、热处理、装配测试等诸多方面。并且它存在体积较大和成本高的劣势，由于需要传递较大的扭矩，其齿轮齿数多，附属部件多，导致体积较大。

谐波减速器的特点是噪声小、体积小、重量轻、运动精度高，主要应用于轻型、小型工业机器人的末端部位，对于人形机器人来说，在进行精细化操作时，机器人的小臂和腕部可配置谐波减速器。谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮组成，利用柔轮的弹性变形实现刚轮轮齿与柔轮轮齿之间的少齿差内啮合，但它的柔轮易发生疲劳破坏，承载能力有限，成本相对较高，其技术难点集中在柔轮材料的选取与处理，以及加工过程中的特殊工艺，如热处理等。

从市场格局来看，全球市场中，行星减速器德系品牌较强，而 RV、谐波减速器日系品牌垄断程度较高。不过近年来，国产替代正在加速，以 RV 减速器为例，2022 年双环传动、中大力德市占率分别为 15%、4%；谐波减速器方面，2022 年绿的谐波、来福、同川市占率分别为 26%、8%、6%，国产品牌市场份额明显提升。并且国产替代后在价格方面具备一定优势，比如双环传动在 2018 年实现 RV 减速器的量产，一举打破日企垄断，将 RV 减速器的价格从万元以上直接打到 3000 元以下，这也为人形机器人降低成本提供了有力支撑。

（二）执行器总成环节

执行器总成是人形机器人硬件的核心部分，它包含了如电机、丝杠、减速器等多个主要部分，这些部件协同工作，对于人形机器人的运作起着关键作用。

就拿电机来说，其相当于人体肌肉，能为机器人提供动力，让机器人的各个关节可以活动起来，不同类型的电机应用在不同的关节部位，像无框力矩电机常用于身体关节处，空心杯电机则多用于手部关节处，它们共同保障了机器人的灵活运动以及各类动作的执行。丝杠可以将电机的旋转运动转化为直线运动，对于机器人实现精准的位置控制和力量传递意义重大，例如行星滚柱丝杠就常用于身体关节的线性执行器处。而减速器搭配电机起到降速增矩的作用，根据不同的关节负载情况等因素，选择合适的减速器类型，像在大扭矩电机情况下，可以搭载低减速比减速器（如行星等），具备经济性优势；小扭矩电机情况下，搭载高减速比减速器（如谐波等），具备小体积优势。

执行器总成在人形机器人的整体成本中占据较高的比重，人形机器人大规模量产后预计执行器总成仍占据人形机器人最主要的成本，其中旋转执行器和线性执行器分别占成本的 38.4% 和 33.6%。从相关企业来看，三花智控、拓普集团在执行器总成方面有着积极的布局，还有像埃夫特这样的高新技术企业，不仅提供电机控制系统，还涉及机器人本体的制造，覆盖了人形机器人核心零部件及整机制造的关键环节；新时达的伺服电机和驱动产品也是人形机器人运动控制和动力传递的核心部件，众多企业在这一环节发力，推动着人形机器人执行器总成不断发展完善。

（三）其他重要环节

除了上述环节外，丝杠、传感器、电机等也是人形机器人中的其他重要环节。

丝杠在人形机器人中就如同四肢骨骼般重要，它能将电机的旋转运动转化为直线运动，实现机器人关节的精准运动控制，从而让机器人的动作更加精准、流畅。按其摩擦特性可分为滑动丝杠、滚动丝杠及静压丝杠，人形机器人中常使用的滚动丝杠又可细分为滚珠和行星滚柱丝杠，行星滚柱丝杠在承载能力、转速、寿命、传动噪音上较滚珠丝杠进一步提升，并能适应更多样的工作环境，不过其成本相对较高、难以做到高精度、传动效率略低于滚珠丝杠。像北特科技、贝斯特、双林股份等企业都在人形机器人丝杠产品方面有着积极的研发、生产与布局，比如北特科技已经实现两种丝杠产品的量产，还在配合客户开展人形机器人用丝杠产品的研发工作；贝斯特自主研发了应用于标准式、反转式行星滚柱丝杠等，并与机床商签订批量滚动交付订单。

传感器相当于人的神经系统，是人形机器人感知内外部环境的基础，其价值量占比也不容忽视。例如力矩传感器可以向机器人的大脑传递信息，帮助其完成精确的动作，是技术壁垒最高、价值量最大的零部件之一，柯力传感在力矩传感器方面有着深厚的底蕴，是智能传感器行业领军者；还有东华测试提供多种传感器产品，除了六维力传感器外，还包括其他类型的传感器，在人形机器人的感知、定位和环境交互等方面发挥重要作用。另外像奥比中光等企业在 3D 视觉传感器等方面也有着积极的探索，为人形机器人更好地感知外界环境助力。

电机方面，不同类型电机各司其职，无框力矩电机用于身体关节处，为机器人的大关节运动提供充足动力，空心杯电机用于手部关节处，保障手部能进行精细的抓握等操作，众多电机企业也在不断深耕，像禾川科技实现了 90% 的自主生产，包括行星滚柱丝杠、空心杯电机、无框力矩电机、驱控单元、灵巧手等关键零件，为整个产业链的发展提供了有力支撑；鸣志电器作为控制电机及其驱动系统的综合提供商，其步进电机、直流无刷电机、伺服电机、空心杯电机等产品也在人形机器人运动控制和执行机构中不可或缺。

这些环节各自有着不可或缺的功能，在人形机器人成本中占据一定比例，同时相关企业的积极参与也构建起了完整的产业链，共同推动着人形机器人产业不断向前发展。

四、人形机器人成本控制与产业前景

（一）成本控制挑战

在现有大模型技术路线下，人形机器人产业化面临着诸多核心挑战，这些挑战对成本控制产生了显著影响。

首先，算法方面，人形机器人要实现高度智能化，如理解复杂任务、具备通用性以及提升多模感知和认知能力等，需要不断优化和迭代算法。然而，先进算法的研发投入巨大，从科研人员的人力成本，到大量的实验测试成本等，都使得这部分开支居高不下，并且算法要适配不同的硬件环境、应用场景等，进一步增加了开发与调试成本，进而影响到整体的成本控制。

其次，硬件成本是不容忽视的关键因素。从前面各环节成本拆解能看出，像减速器、执行器总成里的电机、丝杠等关键硬件部件，本身的制造成本就较高。例如无框力矩电机、行星滚柱丝杠等高性能部件，其材料成本、加工工艺成本以及生产设备的投入成本等综合起来，使得其单机价值量占比颇高。而且在追求高性能、高质量的同时，要降低硬件成本难度极大，因为这涉及到原材料采购、生产规模扩大、生产工艺改进等多方面协同推进，短期内难以实现理想的成本降幅，从而成为成本控制的一大阻碍。

再者，数据收集效率问题也影响着成本。与人形机器人训练相关的高质量运动素材相对稀缺，不像文本、图片那样有海量资源可用。为了让机器人能够更好地泛化能力，适应各种复杂场景，需要大量的数据进行训练，这就要求投入更多的人力、物力去收集、整理和标注数据，而且收集数据的设备等方面也存在成本开销，数据收集效率不高直接导致训练成本增加，进而影响到整个人形机器人的成本控制，使得其在产业化过程中，成本难以快速下降到理想水平，阻碍了大规模商业化的步伐。

（二）未来产业展望

随着科技的不断进步，人形机器人产业展现出了广阔的前景。据 Omdia 最新研究报告预计，到 2027 年，全球人形机器人出货量将超过 10,000 台，到 2030 年将达到 38,000 台，这意味着 2024 - 2030 年的复合年增长率将达到 83%。花旗全球洞察的分析师更是大胆预测，到 2050 年，人形机器人的市场规模有望达到 7 万亿美元之巨。

从应用场景来看，人形机器人的潜力巨大。在工业领域，例如汽车制造等生产线，人形机器人能够承担繁重、危险的工作，像焊接、搬运等，凭借其精准的动作控制和传感器感知能力，在复杂生产环境中高效完成任务，提高生产效率与产品质量，有望逐步成为工业生产中的重要力量。在应急救援方面，人形机器人可以无畏地深入火灾、地震等危险地带，执行人道救援任务，降低救援人员的生命风险，替代人类执行复杂且危险的任务。在养老护理、医疗助理等服务行业中，人形机器人可以承担帮助老人或病人的任务，如搬运、陪伴、健康监测等，还能在日常生活里承担家务劳动，从衣物整理到庭院维护一应俱全，甚至贴心地为老年人提供专业护理服务，全面融入人类生活的各个角落。另外，在教育、零售等领域也有着重要的应用潜力，比如通过互动教学、情感陪伴或服务导购等方式，进一步提升人类生活的便利性和幸福感。

不过，成本控制对于人形机器人产业发展至关重要。目前，人形机器人高昂的成本仍是制约其大规模普及应用的关键因素之一，像本田公司的 ASIMO、波士顿动力的 Atlas 等，单台造价极高，即便国内一些企业的产品，造价也在几十万到上百万元不等。只有通过不断优化各环节成本，如提升硬件生产效率、降低关键部件成本、提高算法效率减少不必要的研发投入等，实现成本的有效控制，才能让人形机器人在未来出货量不断增加。