人形机器人产业链硬件深度解析：从感知到执行的机会与挑战

站在2025年OpenAI所代表的人工智能已发展三年、产业风风火火投入AI之际，海豚君通过近期系列分析认为，2026年AI的关键在于算力降本，以及AI投入在软件和硬件两侧的落地。尤其是新硬件落地的机会，才是真正的增量所在。

这边，特斯拉Optimus的量产时间正日益临近，人形机器人有望成为承载AI智能的核心载体，并深刻改变人类的交互方式和生产力格局。

基于此，海豚君启动了机器人产业链的深度研究。本篇为开篇之作，更多是从产业和基础研究视角出发，从上游开始，剖析人形机器人在零部件生产与降本过程中的难点与机遇，重点聚焦以下几个问题：

一、人形机器人产业链由哪些环节构成？

二、这些硬件环节的产业化难点何在？

三、人形机器人的硬件机会应关注什么？

以下是详细分析

一、人形机器人，生而为AI

先厘清一个基础概念——人形机器人的两大核心特征：人的“形体”与人的“大脑”。因具人形，基本对应有胳膊、腿、头，能直立行走等核心特征，旨在实现功能多样性。

而拥有人类般的大脑，核心是多模态感知能力、持续学习能力和决策能力。人形+类人大脑的结合，终极目标是通用性。简言之，不能只会站立行走，要既能搬箱子，也会煮咖啡；既能搬运重物，也能进工厂打螺丝。

且这些技能并非预设程序，而是在与各类外部信息交互过程中持续习得，并在此基础上独立作出决策。

要实现人形机器人所需的通用能力，算力、算法、数据、软硬耦合缺一不可。近两年AI算法与GPU/ASIC的飞跃，使算力和算法快速迭代成为可能，但硬件约束与以往截然不同。

在手机智能化和汽车智能化进程中，由于手机本身有通讯功能、汽车本身有交通功能，无需智能化就已具备初始规模化出货量。而人形机器人若无智能大脑，基本只是人形铁块，出货必须以AI大脑为支撑，无AI则无法有效出货。

这导致，作为AI时代全新品类的人形机器人，硬件本身成为更大制约：

首先，人形机器人作为新兴品类，硬件要求与其他产业差异显著，一些硬件需要“无中生有”，从零起步。例如，人形机器人需具备极其灵敏的“触觉”，但无论是触觉硬件还是触觉数据，目前基本空白。

其次，硬件成本必须足够低，因其很大一部分目的是替代人力。外行所估计的2050年10亿台人形机器人保有量，对应全球80亿人口和50亿联网人口，若价格无法让人接受，则难以实现类似汽车的渗透率。

二、产业链环节拆解：零部件尚处“养成期”

按马斯克预期，单台机器人售价最好在2万美元以内，与智能电动车的起步价相当。同样类似的是，机器人拥有高度复杂的产业链。

从产业链角度，可大体分为上游、中游和下游。

1）上游：关注主机厂与上游供应商的合作模式

上游即中游主机厂的各类供应商——执行器、传感器、编码器、控制器/驱动器，以及上述硬件的集成模块，同时也包括算力设施、算法、芯片等。

需要强调的是，人形机器人涉及的硬件环节与汽车产业，尤其是新能源汽车产业重合度较高。那么类似新能源车产业链，人形机器人的主机厂（类比新能源车主机厂）与供应商的合作模式也呈多样化。

以特斯拉为例，它既可直采零部件，自己做模组总成并组装成品，也可采购模组或总成（如灵巧手、某些身体关节等）。但当前看，与新能车一样，供应商提供模组和总成才是与机器人主机厂更主要的合作方式。

2）中游：车厂跨界+全新创业

主机厂厂商，可直观理解为制造和销售人形机器人的公司。目前，主要人形机器人主机厂基本集中在中美两国。

从企业来看，除特斯拉、小鹏外，基本以创业公司为主。早期阶段，跨界选手不多，但带“资”进组者实力更强。

3）下游：终端需求，空间取决于产品潜力

因当前通用能力不足，目前主要是科研、教育、参观导览等专用性场景。工业和家庭等通用场景潜力巨大，但产品尚不具备商业化落地条件。机器人通用化还需多久，将是后续探讨的问题，本篇重点通过拆解人形机器人的硬件环节来理解上游进展。

三、上游硬核拆解：究竟谁是金矿？

马斯克曾豪言人形机器人是十万亿美金生意，最新透露公司Optimus Gen 3将在2026年一季度展示原型机，2026年底启动量产（量产后初步年产量约5万台），并配备最终年产100万台的产线。Optimus第四代就会有1000万的产能，第五代可能就是5000万到1亿台产能。

若特斯拉最终能攻克难关，机器人的空间显然较大。因此海豚君进入本篇最为核心的上游硬件价值链拆解，以Optimus人形机器人为例。

从结构上，Optimus可大体分为头部、身体关节以及灵巧手。我们将特斯拉Optimus Gen2的主要部位、涉及零部件位置及估算的单台人形机器人成本列示如下：

首先，从技术架构看，人形机器人可大致分为感知层、决策层和执行层三部分，与智能汽车类似，但复杂度更高，具体来看：

1）感知层：主要包括各类传感器和大脑。

大脑主要指人工智能模型，暂不探讨。传感器主要是视觉传感器、触觉传感器、力矩传感器、位置传感器等。

① 视觉传感器：特斯拉采用纯2D视觉方案

何为视觉传感器？简单类比人类眼睛，主要接收光信号，实现环境感知、物体识别和导航定位。

何种方案？这里存在路线之争。特斯拉采用纯视觉方案，仅使用2D摄像头；但多数是多感知方案，包括使用3D相机（技术方案有结构光、TOF、双目等）、激光雷达、毫米波雷达等。

难点在哪？人形机器人采用的视觉传感器与消费电子、自动驾驶中采用的视觉传感器在技术路线上并无本质差别，主要是在性能上对动态性、实时性、集成化和低功耗要求较高。

目前，3D相机提供商主要是奥比中光，已与多家国内人形机器人主机厂合作；激光雷达与汽车复用，主要供应商有禾赛科技和速腾聚创，海豚君对禾赛已有单独分析，此处不再赘述。

但在特斯拉机器人的价值构成中，由于只需三个2D摄像头，一颗摄像头价值仅350元，在机器人出货量不大时，难以对供应商形成有效增量。

② 触觉传感器：核心瓶颈，技术尚未收敛

何为触觉传感器？简单类比人类皮肤，主要用于手部，感知和测量与外界物体接触时产生的相互作用力，包括压力、纹理、摩擦力、温度等，故也称“电子皮肤”。目前是人形机器人硬件环节主要难点。

触觉传感器是机器人新品类催生的全新领域，其他行业应用极小，对精度和灵敏度要求极高，还要具备一致性、柔性、高可靠性、耐久性及集成性等特性，是目前人形机器人硬件领域需重点攻克的难点。

例如，精度要求主要受物理原理、微型化集成及动态响应限制，精度不足可能导致“信号失真”，使大模型学习到伪规律。

数据一致性主要受制于制造工艺：批量生产中，材料均匀性、工艺参数等的微小波动，都会导致同一批次传感器的输出特性存在显著差异。

此外，传感器长期使用后的性能漂移也会产生影响，这些因素会导致大模型训练时要么过度拟合，要么噪声过多，最终泛化失败。

难点在哪？从生产角度，触觉传感器壁垒在于材料选择（敏感材料、柔性电极等）、结构设计、制造和封装工艺（光刻、3D打印等）、信号处理算法（需从单一物理信号解耦出多维要素）等，对生产企业综合实力要求较高。

何种方案？主要是压阻式、电容式等技术方案。压阻式将电阻变化转化为电信号，结构相对简单，但动态性和一致性较差；电容式将电容量变化转化为电信号，动态性和一致性优于压阻式，虽技术成熟度较低，但预计是未来主要发展方向。

目前价值量占比不高，但未来有提升可能。根据测算，Optimus手部需使用10个及以上触觉传感器，对应目前单台价值量约3000元，产业成熟后降本至1500元，在整个人形机器人价值量中占比仅2%。

但需注意，目前触觉传感器技术路线尚未收敛，考虑到未来可能由电容式替代现有压阻式，且未来还需满足阵列化及多模态感知等需求，触觉传感器价值量有进一步提升的可能。

供应商格局：领先的主要是Novasentis、Tekscan、JDI、Baumer、Fraba等海外企业，分布于美国、日本等国家。

中国企业也在加速布局，进展较快的主要有：柯力传感，通过投资他山科技、猿声先达等触觉传感器研发企业；

汉威科技，已与多家人形机器人主机厂展开合作，并进行产线建设；

福莱新材，已建成中试线，并已为多家人形机器人主机厂供货等。

③ 力矩传感器：六维力传感器是重点，需国产替代

何为力矩传感器？主要测量力和扭矩的传感器。可想象拧瓶盖场景：当拧瓶盖时，会感受到需多大力度，力矩传感器就是感知它的。普通一维力矩传感器技术壁垒不高，故重点讨论六维力传感器。

何为六维力传感器？可同时测量三个方向上的力和扭矩，在特斯拉Optimus Gen 2上，六维力传感器共有4个，分别置于手腕和脚踝位置，它是人形机器人运动控制的核心传感器。

图：六维力传感器弹性体结构示意图

资料来源：海豚研究

难点在哪？人形机器人上的六维力传感器对集成化、动态性能、过载能力（应对瞬间冲击的能力）及精度等均有较高要求。产品壁垒较高，主要难点在于：

a. 结构设计: 在微小形变下保持高灵敏度;

b. 解耦算法: 需从原始信号中解耦出六个维度的力和力矩，并规避各维度间串扰的影响;

c. 贴片工艺: 需克服传统工艺一致性差的问题;

d. 标定工艺: 通过测试和计算确定传感器输出信号与实际物理量的对应关系，标定维度远多于普通力矩传感器等。

价值量占比不高。根据测算，Optimus需使用4个六维力传感器，对应目前单台价值量5400元，产业成熟后降本至3200元，在人形机器人中占比约3%。

供应商格局：六维力传感器本身海外成熟，但供应商主要是美国ATI，竞争壁垒较高；往后看，降本大概率依赖中国，中国进展较快的有柯力传感、安培龙、凌云股份等，均已与主机厂合作，部分进入批量订单阶段。

替代风险：此细分赛道投资的关键风险在于，六维力传感器的技术难度和高成本，未来不排除可通过算法升级取代这项传感器，这是六维力传感器环节的重要风险所在。

④ 定位传感器：用量可能大幅增加，高端产品需国产替代

何为定位传感器？主要指惯性测量单元（IMU）。力矩传感器感受“力”，而IMU感受“位置”。核心组件包括加速度计、陀螺仪等，用于测量加速度和角速度，服务于人形机器人的姿态估计、平衡控制和运动状态测量，同样是人形机器人运动控制的主要传感器。

目前特斯拉人形机器人可能采用2颗及以上IMU主控芯片，但未来可能更多，以通过冗余配置提升容错能力。

图：加速度计和陀螺仪

资料来源：Innalabs公司，海豚研究

图：IMU结构示意图

资料来源：某IMU专利，来自株洲菲斯罗克光电科技股份有限公司，海豚研究

难点在哪？人形机器人所需的IMU同样对精度（加速度计的零偏稳定性，和陀螺仪的角度随机游走）有极高要求，标准远高于消费电子产品，且对制造工艺、融合算法也有较高要求。

国产化进展：IMU是成熟产品，但高端IMU（工业级、车规级、战术级）由博世、霍尼韦尔等欧美企业把控，同样有较好竞争壁垒。同时国内企业也取得一定进展，主要企业包括芯动联科（已具备工业级成熟产品）、华依科技（已向人形机器人主机厂供货）等。

价值量有大幅提升可能。根据测算，Optimus目前方案仅用2个主控IMU，对应目前单台价值量8400元，产业成熟后降本至4200元，在人形机器人中占比约4%。但考虑到技术路线迭代，未来价值量有较大提升可能。

2）决策层：主要指大脑人工智能模型，主要涉及AI半导体，此处暂不分析，未来单独探讨。

3）执行层：主要指小脑和执行器。

小脑主要指运动控制系统，可看作大模型之下的小模型。

而执行器关键在关节（包括线性关节和旋转关节）和灵巧手（可看作由更精密关节构成）。其中，线性关节主要由电机和丝杠构成，旋转关节主要由电机和减速器构成。

① 电机：价值量大，降本靠中国

无论身体关节还是手部关节，无论旋转还是线性关节，都需使用电机。

为何？目前人形机器人都是电驱动。早年间，液压、气动等技术路线也曾被尝试（如波士顿动力），但因精度不高，核心bug是难以与电控系统集成，与智能化冲突。

人形机器人电机特别在哪？电机种类繁多，目前特斯拉人形机器人的身体关节主要使用无框力矩电机，灵巧手主要使用空心杯电机，未来可能过渡到微型无框力矩电机。

无框力矩电机优势在于受限空间内满足大扭矩、高精度、高功率密度、快速响应、高可靠性、轻量化、集成化、小型化及相对较低成本等。而空心杯电机能满足灵巧手极小空间下的性能要求。

拆解两种电机结构，以便更直观理解：

无框力矩电机，从名字可简单理解其结构：与传统电机差异在于，无框力矩电机取消了外壳、轴等机械机构，外形上只有圆环状转子和外部定子。

其中，转子由环形磁铁和钢圈组成，可直接与关节主轴集成，定子由叠片和铜线圈等组成，可直接与机器外壳结合。

这种结构取消了传统电机的冗余部件，无需一系列传动部件，因此具有集成化、高功率密度和高响应速度优势，能满足人形机器人轻量化、高负载、高动态、高精度和高可靠性等要求，成为目前人形机器人身体关节主流驱动方案。

图：空心杯电机结构

资料来源：鸣志电器官网，海豚研究

空心杯电机的名字源于其转子的特殊结构：与传统电机相比，空心杯电机最大特点在于转子无铁芯，而是由漆包线绕制成杯状自支撑线圈，形状似水杯。而空心杯电机的定子则由永磁体构成。

无铁芯设计可降低铁芯结构带来的不稳定问题（齿槽效应），同时消除铁芯引起的各种损耗，大幅降低电机质量，因此具有结构紧凑、运行平稳（卡顿、震动及噪音极少）、动态响应快、高效率低发热、高功率密度等优势。

应用于人形机器人灵巧手，可满足其对高集成度（因空间极其狭小）、高精度和高稳定性（尤其在抓取动作上）、高动态响应及高可靠性的要求。

难点在哪？传统电机技术已极其成熟，但高端产品中国尚不成熟。无框力矩电机的磁路设计、组装工艺、材料选择、结构设计等有难度；空心杯电机线圈设计、线圈绕制工艺有难度，但整体上，这种难度是可攻克的。

价值量多少？根据测算，Optimus需使用多达40个电机，对应目前单台价值量28800元，产业成熟后降本至14400元，在人形机器人中占比达14%，成本占比明显高于上述传感器。

行业格局：无框电机领域有美国的Kollmorgen、德国的TQ-RoboDrive、瑞士的Maxon等；空心杯电机领先企业主要有瑞士的Maxon、Portescap、德国的Faulhaber等。

目前中国公司有步科股份（无框力矩电机龙头，在工业和协作机器人领域已批量销售，并开始给人形机器人主机厂供货）、鸣志电器（空心杯电机技术领先）、伟创电气（空心杯电机已具备量产能力，已与海外客户对接）、兆威机电（空心杯电机已与海外客户开展前期合作）、卧龙电驱（无框力矩电机已向国内主机厂供货）、雷赛智能（已具备成熟的无框力矩电机和空心杯电机产品）、三花智控（自主研发无框力矩电机）等技术已较成熟。

② 丝杠：成为主流方案概率较大，是主要的需国产替代环节

身体关节为何分线性关节和旋转关节？手腕、肩膀、膝盖、脚踝等运动均可类比为旋转运动，且有些关节可在多个空间维度旋转，因此机器人必备旋转关节。但线性关节同样重要，人形机器人的部分位置采用线性执行器，可解决某些旋转执行器的弊端。

人在跳跃时，肌肉收缩更倾向于线性运动，人形机器人可模拟此过程；且相比旋转执行器，线性执行器输出力矩更精确、更节能（不运动时电机不启动）、结构更具刚性（更抗冲击）等优势（尤其是行星滚柱丝杠），这将在下文拆解丝杠结构后更直观理解。

何为丝杠？即把电机旋转运动转化为直线运动的机械装置，主要组成部件是中间的螺杆和外部的螺母。想象用螺丝刀拧螺丝：旋转螺丝刀，螺丝钉直线钉入。

丝杠的工作模式类似，电机带动外圈螺母运动，螺母通过滚柱作用于螺杆上的螺旋槽，最终使螺杆进行直线运动。

相对传统滚珠丝杠，行星滚柱丝杠优势在于承载力和刚度更高（因由滚珠点接触变为滚柱线接触），推力更大，且具备自锁性（不运动时电机不需启动），匹配人形机器人需求。

但与此同时，行星滚柱丝杠技术难度更高，主要是对精度要求更高，同时对合金材料性能要求更高，因此对热处理工艺、精密磨削工艺要求极高，目前螺纹磨床设备完全依赖进口。

图：滚珠丝杠结构示意

资料来源：南京化纤公告，海豚研究

图：行星滚柱丝杠结构示意

（备注：1为螺杆，2为螺母，3为滚柱）

资料来源：某行星滚柱丝杠专利，来自中国船舶重工集团公司第七0四研究所，海豚研究

图：行星滚柱丝杠

资料来源：北特科技官网，海豚研究

应用于人形机器人的丝杠是全新领域：此前，行星滚柱丝杠主要应用于航空航天、军工及某些重型工业领域。人形机器人上，产研要求侧重精度（要求在C5以上）、尺寸、功率密度、动态，同时对成本更敏感，更加剧了开发难度。

目前国内主机厂选丝杠路线的相对较少，仍主要使用旋转关节，这主要基于控制难度等原因。但考虑丝杠优势，长期看有采用趋势，而特斯拉身体关节当前采用行星滚柱丝杠，灵巧手采用滚珠丝杠，但不排除未来更换技术路线，另有部分国内企业身体关节也暂时采用滚珠丝杠。

价值量占比？单价2400元，但用量较大，丝杠价值量占机器人总价值量的20%（考虑身体需14个行星滚柱丝杠，手部需12个微型滚珠丝杠）。这也是单一零部件价值量最大的环节，且本身从生产工艺和生产设备都有难度，是需要重点关注的细分赛道。

行业格局：目前在丝杠领域仍是日欧企业保持领先，主要是日本的THK、NSK、德国的舍弗勒（行星滚柱丝杠领先）、中国台湾的上银科技等。

中国进展较快的企业有恒立液压（能生产行星滚柱丝杠，已与北美客户建立初步合作），新剑传动（与多家主机厂开展合作）、五洲新春（主要提供前道工艺，是新剑科技及海外龙头的供应商）、浙江荣泰（并购KGG，其具备行星滚柱丝杠生产能力）、北特科技、震裕科技、双林科技、双环传动等。

除本身工艺难，生产设备上需磨床来生产螺杆上的螺纹，此磨床海外成熟，但中国生产有难度。国内有望突破磨床生产技术的设备公司主要有秦川机床、华辰装备、浙海德曼等。

③ 减速器：价值量也大，国产替代不足

与线性关节不同，旋转关节主要使用减速器作为传动装置。减速器通过齿轮等内部转动，将电机输出的高转速、低扭矩动力转换为高精度、低转速、高扭矩（高负载）动力。原理类似扳手拧螺丝。从类型看，应用于人形机器人的减速器主要有行星减速器、谐波减速器、摆线减速器等。

图：行星减速器

资料来源：台湾普尼柯科技有限公司，海豚研究

行星减速器主要通过行星齿轮传动，优势是重负载、高扭矩和抗冲击，因此较多应用于人形机器人下肢。目前特斯拉人形机器人手部也暂用行星减速器，主要基于成本考量，未来不排除改变方案。

图：谐波减速器结构示意图

资料来源：机器人网，海豚研究

谐波减速器主要由波发生器、柔轮和钢轮组成。波发生器使柔轮发生弹性形变，柔轮齿与外侧钢轮齿在不同位置持续啮合和分离。过程中，柔轮与钢轮的啮合位置不断变化，最终导致柔轮相对于钢轮缓慢旋转。

谐波减速器优势是极高传动比、精度高且体积小，但承载力和抗冲击力有限，因此较常用于上肢。

图：摆线减速器结构示意图

资料来源：国贸集团产品介绍，海豚研究

RV减速器是复合结构，传动分两级，一级是行星齿轮，一级是摆线针轮。摆线针轮减速通过输入轴带动偏心轴（曲柄轴），使摆线轮在针齿轮内既公转又自转（自转转速即为输出转速），实现高传动比。

RV减速器优势是同时具备高承载、高精度和高传动比，但结构极其复杂，生产难度高、成本高。摆线减速器可看作RV减速器的简化版，具备RV减速器的部分优势，同时结构更紧凑。目前特斯拉主要采用谐波减速器，未来可能在部分位置采用摆线减速器。

表 主机厂公司身体关节使用减速器和丝杠的情况

价值量占比？目前谐波减速器在特斯拉Optimus中的价值量占比达16%，仅次于丝杠。且技术难点较大，例如谐波减速器目前主要由日企哈默纳科掌握。

行业格局：目前高端行星减速器、谐波减速器和RV减速器均由日德企业主导，典型如日本的哈默纳科在谐波减速器领域占据全球一半以上市场，断层领先。减速器性能强调精度、承载力、一致性、寿命等，难点主要集中在材料（如谐波减速器需高性能特殊合金钢生产柔轮）、齿轮加工工艺（需达极高精度）、高性能零部件（如轴承等，生产难点在热处理等环节）、设计仿真能力（齿形设计、力学模型等）等。

中国进展：高端品初步国产替代，国内绿的谐波（在谐波减速器领域已与北美客户建立初步合作）、中大力德（具备行星、谐波、RV等生产能力）、双环传动（RV减速器龙头）等进展较快。

总结：难点在触觉，机会在丝杠和减速器

通过以上梳理，按价值量占比和行业进入壁垒两个维度看，人形机器人最难的环节是机器人催生的全新产业需求——电子皮肤，即触觉传感器。

而价值量较大，且行业本身有工艺或设备难度的，主要是两个关节部件：线性关节所需的丝杠，以及旋转关节所需的减速器。

海豚君整理如下：

此外，人形机器人尚未进入产业化量产阶段，技术路线并未收敛，以上分析主要基于当前主流技术路线，不排除未来技术路线变化，导致新硬件出现或部分硬件被替代。

需注意的是，从产业链环节看，总成也是硬件核心环节。例如，灵巧手总成的产业化难度高于诸如丝杠、减速器等零部件，但灵巧手的壁垒不只是工业制造，还涉及软件及软硬件耦合，下篇将详细讨论。