擎天柱原型机器人发布，关注人形机器人驱动系统迭代
　　2022年10月1日，马斯克在特斯拉人工智能日上发布“擎天柱（Optimus）”原型机，从电源系统、基础结构设计、机械驱动系统、感知系统、控制系统等多个角度进行了展示。本报告将聚焦原型机的电源和驱动系统，分析电源的参数特点，并对驱动系统的设计思路、评估优化算法、共性分类理念进行解析。通过与其他人形机器人驱动系统比较，我们认为，以特斯拉驱动系统实现高自由度为契机，有望推动人形机器人行业驱动系统进一步迭代发展。
　　电源模组：或直接采用特斯拉汽车电池
　　“擎天柱”躯体中央内置有2.3kWh的电池组，工作电压为52V，能支持人形机器人工作一整天。该电池组基于特斯拉汽车和能源产品技术积累，在单PCB板上集成了所有电池相关电子器件，覆盖电力感知、充电管理和功率分布等功能。特斯拉未公布使用的电池情况，但从效果图来看，或采用自研的4680电池。该电池有无极耳、硅负极、无钴等技术加持，预计在2022年底前实现量产。同时，为了适应未来机器人电源模组扩大、工作功率提高等需求，特斯拉或将其在超级计算机DOJO中研发的电压调节模块用于机器人电源系统中，解决热膨胀导致的电池模组形变问题。
　　基于评估优化与共性分类的驱动系统设计
　　擎天柱直接借鉴了特斯拉汽车的动力驱动系统设计，基于评估优化的方法确定了全身28个驱动器的设计参数。为实现低成本量产，特斯拉通过共性分类的方法，将28个关节驱动器分为6类，包括3种旋转式驱动器和3种线性驱动器。其中，旋转式驱动器基于无框力矩电机+谐波减速器，规格为20Nm/110Nm/180Nm和0.55kg/1.62kg/2.26kg，采用无框电机+谐波减速器方案，配备输入、输出位置传感器和非接触式力矩传感器；线性驱动器规格为500N/3900N/8000N和0.36kg/0.93kg/2.20kg，基于无框电机+行星丝杠方案，配备了位置传感器以及力传感器。
　　机器人驱动：电机驱动的多自由度人形机器人是行业主流
　　本田ASIMO机器人是典型的电机驱动人形机器人，全身自由度高达57个，能够完成“开杯盖、倒水”等精细动作；波士顿动力的Atlas机器人是高动态运动机器人的代表，采用单位能量输出密度水平更高的液压驱动，可通过3D打印技术进一步减少部件体积，强化运动能力，但手部自由度欠缺，无法完成精细动作；小米CyberOne形态酷似特斯拉机器人，同样采用电机驱动，关节最大峰值扭矩300Nm，全身自由度21，但手部自由度欠佳；优必选Walker x由伺服电机驱动，全身自由度高达41，参数方面与擎天柱十分接近，但2小时的续航能力较为一般。
　　低成本实现了高自由度驱动系统，灵活度有望加速提升
　　与其他人形机器人相比，擎天柱突出优势在于成本低、可量产。比较看，驱动系统方面，擎天柱全身自由度约为50，已处于行业上游水平；电源方面，目前可支持机器人一整天的运作；运用场景方面，以工厂、物流和家居工作环境为主，对高动态运用需求不大。除优必选Walker x同样以低成本量产为目标外，特斯拉机器人具有较为明显的成本优势和明确的使用场景。
　　风险提示：技术进步不及预期，下游需求不及预期，经济弱复苏不及预期叠加疫情影响。本报告中涉及的公司/个股内容系公开信息整理，不代表本研究团队对该公司或股票的推荐或覆盖。