当前，全球人形机器人产业正迎来前所未有的发展机遇，技术突破与应用场景的不断拓展，使其成为推动经济增长和产业变革的重要力量。随着人工智能、材料科学等领域的飞速进步，人形机器人的功能日益强大，从最初的实验室概念逐步走向商业化应用，市场规模呈现爆发式增长。据中国信息通信研究院《人形机器人产业发展研究报告 2024 年》预测，到 2045 年，人形机器人整机市场规模可达约 10 万亿元级别，其广泛应用将深刻改变社会生产生活方式。

*图片来源于Tesla

目前人形机器人发展尚处在初级阶段，但根据中国方面公布的《"机器人 +" 应用行动实施方案》明确，2025 年中国机器人使用密度达 500 台/万人，较 2020 年增长 100%， 全球难有如此高密度。美国、日本 2024 年人形机器人专利申请数远不及中国。

在产量预估上，2024 年中国服务型机器人产量 1052 万台，同比增长 15.6%；工业机器人 产量 55.6 万台，同比增长 14.2%。受政策推动，预计 2027 年增速达峰值后边际递减。 据 IFR 报告，2023 年中国工业机器人安装量占全球 51%，产量预估占比 70%。

人形机器人方面，GGI 预测2024年全球市场规模10.17亿美元，2030 年有望达150亿美元，CAGR 为56%。按宇数科技 H1 售价 63 万元算，2025年实际出货量仅1.8万台，但考虑特斯拉计划及产量大于销量预期，保守估计2025年产量可达 3 万台。随后指数级增长，到2035年产量达 1000 万台，年复合增长率 78.7%，渗透率 5.2%。

至 2035 年，单就人形机器人而言，所需用铜大约在 15 万吨/年。

人形机器人崛起，对铜产业的拉动作用分析

铜在人形机器人中的核心应用场景在于三个方向，分别是动力传输系统，信号传输系 统和结构部件。

铜具有优良的导电性，仅次于银，但是铜的成本又远低于银，低电阻的特性可以减少电流传输过程中的能量损耗，提高电机效率。例如人形机器人中用到的无框力矩电机中每千瓦功率需要 0.5-1kg 的铜。而铜又具有良好的延展性和加工性，易于拉制成极细的导线，例如机器人中用到的空心杯电机的转子绕组就会采用高纯度的铜线，并能弯曲成复杂形状。与此同时，铜还具有耐腐蚀性和高导热性，铜在常温下不容易氧化，且能耐受一定程度的潮湿和化学腐蚀，确保电机在长期运行过程中保持稳定的性能。铜的导热系数也很高，可以快速散发电机运行中产生的热量，避免过热损坏绕组或者其他的部件。

1.1动力传输系统

在人形机器人的髋、膝等大关节驱动系统中，无框力矩电机通过直接驱动技术实现类人步态的动态平衡。这类电机采用高纯度铜线编织的绕组网络，每千瓦功率需求对应 0.5-1kg 铜材消耗，单台电机形成 15-25kg 的铜材用量。这些铜绕组如同机器人下肢的 "神经脉络"，在 50kHz 的高频电磁转换中，将电能以 98% 以上的效率转化为机械动能。铜材料的低电阻率（1.7×10⁻⁸Ω・m）和高载流密度特性，使其在 100℃温升环境下仍能保持稳定的导电性能，支撑机器人完成每小时 6 公里的持续行走。

在手指关节等精密驱动单元，空心杯电机的微型化设计将铜材应用推向新维度。其转子绕组采用直径 5-10 微米的高纯度铜线，通过激光焊接技术形成密度达 3000 匝 / 立方厘米的绕组结构。电刷系统采用铜 - 石墨复合材料，在每分钟 5 万转的高速摩擦中，实现接触电阻 < 10mΩ 的稳定电流传导。这种材料组合使机器人手指能完成 0.05 牛米的精细抓握力控制，同时耐受 500 万次循环运动的机械疲劳。

1.2信号传输系统

人形机器人的感知系统依赖铜材料构建精密的信号传输网络。视觉传感器的同轴电缆采用 99.99% 纯度的无氧铜线，在 20Gbps 的高速数据传输中保持 < 0.1dB/m 的信号衰减。力传感器的应变片使用康铜合金（Cu55Ni45），其 110μΩ・cm 的电阻率与 0.49 的应变系数，能精准捕捉 0.01N 的微小力变化。单台机器人传感器系统消耗的 100-150g 铜材，如同分布全身的 "神经元"，将环境感知信号以光速传递至控制中枢。

在控制系统层面，多层电路板采用铜箔厚度 35-70μm 的 FR4 基材，通过盲埋孔技术实现 0.1mm 的线宽精度。连接器线束使用镀锡铜线，在 10 万次插拔测试中保持 < 5mΩ 的接触电阻。这些铜基导体构建的 "神经网络"，确保控制指令在 100ns 级延迟内传递至执行机构，支撑机器人完成复杂的路径规划与实时避障。

1.3结构部件

传动系统中的行星减速器采用铝青铜（CuAl10Fe3）蜗轮，其 HB160-200 的布氏硬度 与 0.15% 的延伸率，在 100N・m 的扭矩负载下保持 0.05mm 的齿形精度。轴承衬套用铜基合金（CuSn10P1），其 120MPa 的抗压强度与 0.002 的摩擦系数，使关节旋转寿命超过 2000 小时。这些耐磨铜合金如同机器人的 "肌腱"，在动态负载中保持传动精度。

连接部件则采用黄铜（CuZn37）铆钉，其抗拉强度≥380MPa 的特性确保 10 年以上的结构稳定性。导电滑环使用铜合金电刷，在 360° 连续旋转中实现 10A 电流的稳定传导。这些铜基连接件既保证了机械结构的刚性，又为分布式控制系统提供了可靠的电气连接。

在人形机器人产业的爆发式增长中，铜材料的需求正呈现指数级上升趋势。据行业预测，到 2030 年，若全球人形机器人销量突破 100 万台，单台平均 250kg 的铜消耗量将形成 25 万吨的总需求，相当于 2022 年全球精炼铜消费量的 0.3%。这一增量虽在当前市场占比有限，但标志着铜材料在新兴领域的突破。随着人形机器人向服务、 医疗等场景渗透，2040 年市场渗透率有望提升至 500 万台，带动铜需求飙升至 125 万吨，较 2030 年增长 5 倍。这一规模相当于再造一个小型铜消费市场，将使机器人领域成为继建筑、电力后的重要需求增长点。这种需求扩张不仅重塑铜行业的应用格局，更推动铜加工技术向高精度、轻量化方向升级，为行业创造新的价值空间。

2人形机器人产业带给铜材料行业的技术跃迁与产业重构 

在智能制造的趋势下，人形机器人正从科幻想象加速走向现实。这一技术演进不仅重塑着工业生产与社会服务的图景，更对基础材料产业产生深远影响。

作为兼具导电性与机械性能的战略金属，铜在人形机器人的动力传输、信号处理与结构支撑中展现出不可替代的技术价值，其应用创新正在推动铜产业进入结构性升级的新纪元。

3人形机器人耗铜量估算

以目前相对流行的特斯拉人形机器人 Optimus 的铜用量为例，其铜用途主要分布在电机、传动系统、传感器、电池及控制系统等部分。以下是详细估算：

3.1电机系统

无框力矩电机

Optimus 全身共配备 28 个无框力矩电机，分布于旋转关节和线性关节，承担核心驱动功能。单个电机的质量约为 750 克，铜含量占总质量的 10%-15%。因此，总铜用量范围为 2.1 千克至 3.15 千克。特斯拉采用高纯度铜线（纯度≥99.95%）和优化的绕组结构，减少了层数和导线直径，同时无铁芯设计相比传统铁芯电机可减少约 30%-50%的 铜材消耗。

空心杯电机

Optimus 每只灵巧手使用 6 个空心杯电机，双手共计 12 个空心杯电机。假设单个空心 杯电机的重量为100-200 克，铜含量占总重量的 10%-15%。则 12 个空心杯电机的总铜用量约为 120-360 克。

3.2电池及控制系统

Optimus 的电池系统铜用量主要集中在电芯内部结构和能量管理系统。

电芯材料层面

采用的电池组容量为 2.3kWh，推测其电芯型号为 21700 或 4680。每只电芯的铜箔用量约为 8-12 克，以 63 个电芯成组计算，总铜箔用量约为 0.5-0.8kg。采用全极耳技术后，实际铜箔用量可能进一步控制在 0.4-0.6kg。

系统集成层面

电池包的铜消耗还包括汇流排、高压线束、热管理铜管和 BMS 模块连接件等。

需要注意的是，48V 低压架构、叠片工艺和一体化压铸技术的应用，使得铜用量相比传统设计有所减少。综合以上因素，Optimus 电池系统的铜用量约为 1.0-1.8kg/台，占机器人总铜耗量（10-20kg）的 10%-18%。随着技术进步，这一数值有望进一步降低至0.8-1.2kg/台。

3.3控制系统

特斯拉人形机器人 Optimus 的控制系统主要包括主控制芯片、传感器、电子器件以及相关的电路连接等。虽然目前没有明确的公开数据直接说明 Optimus 控制系统中铜的具体用量，但可以结合其技术特点和类似应用进行合理推测。

主控制芯片与电子器件

Optimus 的“大脑”采用特斯拉自研的 FSD 芯片，其算力高达 1 PFLOPS。芯片本身主要由半导体材料构成，但其封装和散热模块可能涉及铜材料，用于提高导热性能和稳定性。芯片与外部电路的连接也依赖于铜制的引脚和导线。控制系统中的其他电子器件（如 BMS 模块、IMU 惯性测量单元等）也包含铜制的电路板和连接线。

传感器与数据传输

Optimus 配备了多种高精度传感器，如摄像头、LIDAR、红外传感器和力传感器。这些传感器的信号传输和电源连接需要铜制的线缆，尤其是在高精度和高带宽的数据传输中，铜的导电性能至关重要。数据传输模块（如 Wi-Fi 和 LTE 连接）也需要铜制的天线和电路。

电路连接与布线

控制系统的电路连接主要依赖于铜制的 PCB（印刷电路板）、汇流排和高压线束。虽然 Optimus 采用的 52V 低压系统相比传统 12V 系统减少了铜用量，但考虑到其复杂的功能和高精度要求，铜在电路中的应用仍然是必不可少的。

3.4灵巧手与触觉传感器

Optimus 每只手配置 5 个 MEMS 触觉传感器（双手共 10 个），采用柔性基底材料与碳纳米管/石墨烯等导电复合材料，铜元素主要用于电极引出和信号传输线路。单个触觉传感器的铜用量约为 0.5-1.5 克，总铜用量约为 5-15 克。 但考虑到触觉传感器在人形机器人总铜耗量中占比不足 0.1%，其实际影响可忽略不计。未来随着全碳基柔性传感器技术的突破，铜用量有望进一步降至 3 克以内。

3.5传感器系统

视觉传感器

Optimus 的视觉传感器采用纯视觉方案，包含 1 个鱼目摄像头和 2 个普通摄像头。每个摄像头的铜用量可能在 5-10 克左右，三个摄像头总用量约为 15-30 克。

力传感器

Optimus 中使用的力传感器包括一维力传感器和六维力/扭矩传感器。一维力传感器的铜用量较少，而六维力/扭矩传感器的铜用量较高，假设每个传感器的铜用量约为 50- 100 克，总计约为 480-960 克。

IMU 模块

IMU 模块的核心功能是通过加速度计和陀螺仪实时感知物体的运动状态，为机器人提供高精度的运动数据。尽管 IMU 模块的主要材料包括半导体、陶瓷和金属外壳等，但铜的使用主要集中在电路板和电子元件、连接线和接口部分。假设每个 IMU 模块的铜用量约为 10-20 克（具体取决于模块的尺寸和复杂度），则 4 个主控 IMU：约 40-80克铜。 40 个消费级 IMU：约 400-800 克铜。 综合来看，Optimus 中 IMU 模块的铜用量可能在 440-880 克左右。

3.6控制器与伺服系统

控制器系统

控制器系统作为核心电路组件，其铜用量主要集中在电路板与连接器、散热结构以及线缆与线束部分。根据行业估算，单台人形机器人的连接器总用量约 100-200 套，每套连接器含铜量约 1-2 克，总铜用量约 0.1-0.4 千克。控制器运行时需通过铜制散热片或热管散热，这部分铜用量约 0.2-0.5 千克。线缆与线束中，铜丝成本占原材料的86.6%，假设线束总重量约 1-2 千克，铜用量约 0.8-1.7 千克。综合估算，控制器系统的铜总用量约为 1.1-2.6 千克。

伺服系统

伺服系统作为核心动力单元，其铜用量主要集中在伺服电机绕组、编码器与驱动器以及连接线束部分。单台机器人需 40 个以上伺服电机，每个电机的铜绕组用量约为 100- 200 克，总用量约 4-8 千克。编码器和驱动器内部的电路板、连接器及散热结构含铜量约为 0.5-1 千克。伺服系统与控制器、传感器间的线束铜用量约为 1-2 千克。综合估算，伺服系统的铜总用量约为 5.5-11 千克。

4单个特斯拉人形机器人用铜量估算

根据各部分铜用量的详细估算，特斯拉人形机器人 Optimus 的总铜消耗量可综合如下：

将各部分最小和最大值分别累加：

最小值：2.22 + 1.0 + 0.4 + 0.935 + 6.6 + 0.005 ≈ 11.16 kg

最大值：3.51 + 1.8 + 0.8 + 1.87 + 13.6 + 0.015 ≈ 21.595 kg 

考虑到技术路径的合理性，最终估算为： 单台特斯拉人形机器人铜用量约为 10-20 千克，平均按 15 千克计算。

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