人形机器人落地渐进轻量化大势所趋
机器人场景落地加速。随着人形机器人智能化水平提升，机器人逐步走出实验室，不断探索各种应用场景。机器人在现实生活中模仿人类活动，如等。4 月 19日 2025 北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松在北京亦庄鸣枪开跑,共吸引 20 支人形机器人参赛队，最终 6 支机器人队伍完赛，实现了 30%完赛率。人形机器人在如马拉松这类真实环境中展示技能，也暴露了不少产品性能短板，为产业的未来发展指明方向：
轻量化方向：人形机器人在应用场景的连续作业需要考虑机器人轻量化设计及电池能量密度。轻量化设计通过降低自重减少能耗，提升运动灵活性。上海半醒机器人队“精灵”机器人体重 32kg，腿部采用低转动惯量设计，减少硬件负担。机器人马拉松大赛中“天工Ultra”通过拓扑优化结构，在维持强度前提下实现系统性减重。
机器人运控能力：机器人从实验室进入真实应用场景，尤其是在运动中应对陡坡、石板路等复杂地形等突发状况能力需要进一步提升。“天工 Ultra”搭载的“慧思开物”实时感知环境，实现了动态步态调整与关节力矩的精准控制。乐聚夸父机器人结合模型预测控制和模仿学习的算法，提升运动效率、稳定性与地形适应能力。
零部件和整机的可靠性：人形机器人走向商业化落地,需要对核心零部件的高精度、高负载特性与整机系统的冗余设计能力进行系统性验证。
机器人轻量化大势所趋。整机的重量是制约人形机器人运动性能、续航、场景应用的关键因素。2023 年 12 月，特斯拉发布 Optimus Gen 2,相比前一代人形机器人，第二代机器人拥有 AI大模型的加持，体重比一代减少 10kg，步行速度加快 30%，身体控制能力增强。
资料来源：宇树科技，特斯拉，艾邦高分子，优必选，达闼，雷锋网，前哨 AI 新工具，信达证券研发中心
提升续航：机器人轻量化可以降低能耗，对电机功率需求可以相对降低，从而提升机器人整体续航，同时机器人重量降低也可以减弱对电池能量密度的需求。较轻的部件也意味着重力势能和转动惯性的减小，机器人在静态和动态运动的时候能耗也降低。
提高机器人灵活性、降低机器人成本：机器人轻量化意味着模组重量的降低，因此机器人在执行任务时候，整体负载有望降低，使得机器人更加灵活，执行任务更加精确。此外，机器人模组重量下降，也可以减少关节磨损，提高机器人寿命。
增加场景适用性：我们认为在日常生活等场景中，人形机器人若重量过重，会存在一定安全隐患，比如在家庭环境中，若机器人断电摔倒，可能会磕碰到地面、周边人员，因此机器人过重不利于其场景推广。
轻量化优势明显。机器人和新能源核心部件相似，参考星源卓镁招股说明书，奇瑞汽车实车测试数据显示，新能源汽车减重 10%，平均续航能力增加 5%-8%。在市区的运行工况下，平均车重 1600 千克的新能源汽车如果减重 20%，能量消耗可以减少 15%。
电动汽车与人形机器人产业链有共通之处，如电池、电机、电控、芯片、摄像头、传感器等多种零部件，人形机器人可以参考新能源汽车轻量化道路。在结构上，人形机器人的由于身体面积小于汽车，而且结构件用量上小于汽车用量，因此在材料层面可以考虑采用铝镁合金、工程塑料、碳纤维等轻量化部件去替代原有材料，利用密度低、强度较好的材料去降低自重；在结构方面,可以对减速器、电机等关键部件进行尺寸、形状等方面的优化，从而降低部件自身重量。
在应用场景方面，人形机器人工作场景交互为主，部件尺寸规格呈小型化设计，负载需求聚焦轻量操作任务，与汽车应用场景差异显著。因此，我们认为汽车轻量化经验需结合机器人场景特性，在关节电机等核心部件小型化和一体化方面，机器人有望加速迭代。
以特斯拉为例，特斯拉 Model3 通过多方案混合使用联合实现轻量化，我们认为特斯拉在Optimus 轻量化方面也会借鉴汽车的轻量化经验来进一步实现轻量化。Model 3 的轻量化由电池包开始，拓展到车身、底盘、电子电器等各个方面。
轻量化路线以高性能、高度集成、高轻量化的电池包为主来实现整车减重的目标，并通过高强度的车身进行保护，辅助电器、底盘的轻量化，最终取得了整车较高的轻量化水平，同时平衡了碰撞性能、成本及各方面。虽然从白车身轻量化系数上看车身的轻量化率较低，但其在电池包上进行了突破，使得整车轻量化指数达到理想状态。
轻量化策略：Model 3 的轻量化主要从布置优化、结构优化、新材料、新工艺四个方面实施。
轻量化技术：Model 3 通过高集成化设计，布局紧凑极限压缩空间，形成高轻量化的 E 平台，CDC\OBC\PDU 高压 3 合 1 集成，重量可降低约 25%；电机和电机控制器、减速器 3 合 1 集成化动力总成，重量可降低约 20%；电池包内，内壳体采用轻而薄的铝材；减少高压电缆的用量，重量可降低约 5%。
轴向磁通电机在新能源汽车逐步应用，有望凭借轻量化优势切入人形机器人赛道。相比传统径向电机，轴向磁通电机在体积、重量、成本及能效上优势显著，功率密度提升超 30%，能耗降低 15%-20%，且支持多构型设计，适配不同需求。轴向磁通电机技术已应用于商用车及超跑车型上，而随着车企加速布局，其在乘用车领域的商业化进程有望加速，成为新能源汽车动力系统升级的重要方向。
在人形机器人方面，国内人形机器人“青龙”的腿部系统追求轻量化、高刚度和低惯量，搭载了高扭矩密度的轴向电机，以此保障它在复杂地形中的稳态行走能力。
集成化方案优势明显。以新能源汽车为例，新能源电驱动系统包括驱动系统(电机、电控、减速器)和电源系统(0BC、DC-DC、PDU)，驱动系统整体来看，集成化依然是未来大势所趋，随着深度集成化的进行，系统性能方面有望进一步提升，从二合一、三合一逐步过渡到多合一，集成化可以降低汽车生产成本，另一方面也有望实现轻量化。
国内企业科盟创新全球首创轴向磁通电机与谐波减速器的毫米级同轴集成方案，彻底打破了传统“电机+减速器”分体式技术路线。通过“轴向堆叠-分腔封装”与材料协同优化，关节模组轴向长度压缩至不足传统方案的 55%。与此同时，超薄关节模组通过厚度不足 12mm 的扁平化轴向磁通电机，结合 PEEK-金属复合壳体设计，与传统方案相比，模组总质量降低 40%，实现了轻量化与结构强度的双重突破。在性能方面，在轴向尺寸缩减 50%、重量仅为 2.5kg 的情况下，功率密度提升 3 倍，达到 80Nm/kg,峰值扭矩提升 20%，达到 200Nm，实现了轻量化与高性能的平衡。
