聚焦于人形机器人方向的报告

聚焦于人形机器人方向的报告一、国际或国内现状及先进案例（一）人形机器人发展现状随着全球工业机器人行业逐渐成熟，以及AI技术快速发展，人形机器人行业进入萌芽期。相比于工业机器人，人形机器人更能适应于各类现实生活的场景，使得机器人能从专用转向通用，增大规模效应降低成本;此外，人形机器人也是实现具身智能的最佳物理形态之一。人形机器人一般是指具有与人类类似的身体结构和运动方式(双足行走、双手协作等)的智能机器人，既需要极强的运动控制能力，也需要具备非常强的感知计算能力。人形机器人具有更智能的大脑：工业机器人的行为通常是被事先编码设定的;人形机器人在全方位AI感知技术以及GPT大语言模型加持下呈现出较高的主动性具体表现为具有自主学习、决策以及推理的能力。人形机器人具有更灵活的身体：通用型工业机器人因为其主要替代的是重复性劳动，根据事先设定完成重复工作，所以其自由度一般为4-6;而人形机器人的行为更类人，其自由度一般在20以上，使其能够完成更加复杂、多样的动作。人形机器人的应用场景更加多元化：由于被事先设定，工业机器人的应用场景相对固定;人形机器人一方面在大脑层面具备自主学习、决策以及推理的能力，另一方面在身体层面具备更高自由度，能够完成更加多样的动作，因而其应用场景更加多元化。早在1986-1993年，日本本田公司接连开发了E0到E6等7种行走机器人，只有腿部结构，主要用于研究行走功能。1993年，公司在研制的P1基础上加上了双臂使其初具人形，而后同年完成的P3则是ASIMO的原型。2000年，本田公司推出ASIMO;2013年，美国波士顿动力公司推出Atlas，能够在碎石堆上行走。而特斯拉是全球人形机器人行业发展最快的公司，最初于2021年的AIDAY发布了人形机器人的概念机，并在两年不到的时间内实现了快速迭代，完成了开发平台建造、Optimus产品亮相以及电机扭矩控制、环境探测与记忆、双手复杂任务等能力的实现。国际方面，人形机器人厂商运控技术沉淀较深，具身智能正成为追逐的新风口。目前比较具有代表性的国际人形机器人厂商分别为波士顿动力、1Xtechnologies及AgilityRobotics。国内市场，多方势力正在不断进军国内人形机器人市场。当前国内的人形机器人市场主要分为三方势力，包括专注机器人的厂商、国内车企和互联网企业。据相关资料显示，特斯拉Optimus从概念到样机落地两年以来，Optimus产品功能日益完善，身体、视觉能力同步提升。同时2023年是人形机器人产业化的破晓时刻，当前时点刚好是各项技术大突破的交汇点，无论是精密控制零部件方案的迭代升级，还是GPT大模型的不断进步，都让人形机器人产业化的“破晓时刻”更近了一步。当前人形机器人格局初显，根据国内外人形机器人企业的发展现状，当前整个人形机器人产业可大致分为五大方面：1、海外车企：以Tesla为代表的国际一流人形机器人技术水平。2、海外机器人企业：如1Xtechnologies、AgilityRobotics、波士顿动力等，此类企业的特点为其拥有一定程度的技术沉淀，下游应用及生产目的多样化，且当前大概率会结合海外较为先进的人工智能技术。3、国内车企：从小鹏最新发布的机器人来看，国内车企的人形机器人可能会直接对标Tesla的人形机器人技术水平。4、国内机器人企业：如达闼、智元、优必选等，都有机器人技术的积累，多来自于先前推出的服务型机器人技术复用，近年来开始发力人形机器人赛道。5、互联网企业：以小米、科大讯飞为代表的国内互联网企业也是人形机器人赛道潜在的竞争者，由于其拥有较为强大的资金实力及算法技术，往往通过设立事业部或子公司的方式来切入人形机器人赛道。（二）国内外先进案例2023年是人形机器人产业化进程中的重要时间节点，人形机器人产业化浪潮已至，多方势力分别在软件（算法、人工智能技术等）及硬件（自研电机、整体结构、运控能力等）等方面具备先发优势，部分厂商已具备商业化能力。目前国际上具有代表性的四家海外机器人企业，可以通过他们的发展案例了解人形机器人产业化“走过的路”和“正在走的路”。1、特斯拉：Optimus人形机器人持续迭代，计划24年用于特斯拉工厂特斯拉成立于2003年，为全球电动汽车领域领军企业，其人形机器人产业也在持续迭代更新。2021年8月，特斯拉CEO马斯克于首届AIDAY展示人形机器人概念机TeslaBot。2022年2月，特斯拉在提出概念仅6个月后成功推出人形机器人原型机，并作为开发平台进行深度研发。2022年9月，特斯拉在AIDay上推出人形机器人“擎天柱”（Optimus）。在发布会现场，特斯拉机器人展示了行走、挥手、摇摆等动作，同时分享了其在汽车工厂搬运、给植物浇水、移动金属零件的视频。从公布数据来看，Optimus身高约173cm，体重73kg。马斯克表示人形机器人具备一定程度智能化，可以替代体力劳动，有望在3-5年后实现量产，量产后将达到数百万台，其价格可能低于2万美元。2023年5月特斯拉在股东大会上，发布了Optimus人形机器人演示视频。在机械关节控制方面，特斯拉机器人电机扭矩控制，力度控制更加精确灵敏，能做到精准控制力道不打碎鸡蛋；在感知方面，Optimus环境感知和记忆能力提升不仅可以看路，亦会记路；在学习方面，Optimus可根据人类动作范例，进行端到端动作操控。23年9月，特斯拉发布机器人最新视频：Optimus能够仅依靠视觉来对物体进行分类，甚至还能完成瑜伽动作。特斯拉CEO马斯克表示，Optimus的目标是替代人类完成重复劳动、危险操作等工作，以智能助手的角色投入生产中。它将首先在特斯拉工厂做些移动搬运、零部件装配等工业级操作，之后可扩展至家庭等更复杂环境中，成为通用服务机器人。在特斯拉第二季度财报电话会议上，马斯克表示现在特斯拉已经生产了10台Optimus，预计会在2024年用于特斯拉工厂。2、波士顿动力：极致的运控能力与动态性能波士顿动力成立于1992年，为美国著名机器人公司。在人形机器人领域，波士顿动力于09年推出双足机器人Petman，主要用于检验美军防护服性能和军事设备。其后，波士顿动力在Petman基础上改进，于2013年发布人形机器人Atlas。至今，波士顿动力不断改进Atlas性能，现已具备翻越障碍物、空中转体、后空翻，在狭窄地形中自主导航等能力。23年1月，波士顿动力发布最新Atlas人形机器人。Atlas机动灵活，可完成较多高难度动作。Atlas人形机器人高1.5米、重约80千克，自由度28个(液压关节)，配备RGB相机和深度传感器。Atlas的膝关节扭矩高达890N·m，髋关节扭矩达840N·m，步行速度达1.5m/s。根据波士顿动力21年发布的Atlas跑酷视频，Atlas可以顺利完成跃平衡木、过斜坡、连续后空翻等动作。3、1XTECHNOLOGIES：重视产品轻量化1XTechnologies成立于14年，为挪威的一家专注于开发具有高度灵活性和可扩展性的人形机器人制造商。1X主要有两款人形机器人产品：EVE和NEO，其中EVE已上市，NEO正在研发中。23年3月，1X获OpenAI等机构A2轮融资，共筹集2350万美元。1X计划利用该资金加大力度研发其即将推出的双足人形机器人NEO，并在挪威和北美大规模生产其首款商用机器人EVE。EVE是一款专为工作环境而设计的轮式机器人。EVE是1XTechnologies的旗舰产品，是一款专为工作环境设计的轮式机器人，拥有两臂、两眼和四轮底盘。EVE机器人身高186厘米，体重86公斤，最高时速为14.4公里每小时，拥有15公斤承载能力及6小时的续航能力。EVE配备摄像头和传感器，可以感知周围环境并与之互动。EVE的移动性、灵巧性和平衡性使其能够驾驭复杂的环境并有效地操纵物体，主要应用于物流、零售和守卫巡逻领域。NEO属于双足人形机器人，目前正在开发当中。根据1X官网，NEO人形机器人身高167厘米，体重30公斤，步行速度为4公里每小时，跑步速度为12公里每小时，拥有20公斤的承载能力及2-4小时的续航能力。NEO重视产品轻量化，将采用“无齿轮”设计理念。作为通用人形机器人，NEO应用场景广泛，可用于处理物流、制造、操作机械等工业任务。长期来看，NEO未来还可以提供清洁、整理家务以及为行动不便的个人提供支持、获取物品和陪伴等日常生活服务。4、AGILITYROBOTICS：打造全球首家人形机器人工厂AGILITYROBOTICS成立于2015年，是从俄勒冈州立大学拆分出来的机器人公司。2016年Agility发布机器人产品Cassie，Cassie为动态行走机器人，可以穿越崎岖的地形并跨越障碍。2019年2月，Agility在Cassie基础上改进并推出人形机器人Digit，于2020年上市。Agility从2022年开始建设RoboFab机器人制造工厂，该工厂占地70000平方英尺，预计2023年底投产。Agility规划第一年产能为数百台Digit机器人，未来年产能将拓展至10000+台。随着新工厂建成投产，Agility预计2024年交付第一批Digit，2025年将全面上市。2023年3月，Agility推出新版Digit人形机器人，身高175厘米，体重小于65公斤，最多可承载16公斤，采用可充电锂电池供电，续航能力达16小时。新版Digit增加了头部和机械手，安装头部可以提供人机交互（HRI）焦点，手部呈小爪状，可以在保持平衡的状态下搬运和装卸货物，目前主要用于搬运仓库的手提袋、包裹，未来还计划应用于货物卸载、配送等工作场景。从国内人形机器人发展来看，国内企业有望后来居上，优必选、达阔、智元、小鹏和小米等均处于竞争者地位，同时越来越多的国内企业及互联网巨头切入人形机器人赛道。1、优必选：我国首家人形机器人商业化企业，教育智能机器人行业领军者优必选成立于2012年，从人形机器人的核心源动力伺服舵机研发起步，逐步推出了消费级人形机器人、教育智能编程机器人、商用服务机器人、智能巡检机器人等产品。18年优必选推出大型机器人Walker，成为中国首家实现人形机器人商业化的企业。优必选的人形机器人产品根据体型分为两类。第一类为大型人形机器人，包括Walker系列（Walker、Walker2、WalkerX）、熊猫机器人优悠等；第二类为小型人形机器人，包括悟空、AlphaEbot等机器人产品。优必选目前重点布局的技术包括机器人技术（机器人运动规划和控制技术以及伺服驱动器）、人工智能技术（计算器视觉及语音交互技术）、机器人与人工智能融合技术（SLAM及自主技术、视觉伺服操作及人机交互），并通过专有的机器人软件框架——机器人操作系统应用框架（ROSA）实现功能及控制。在我国教育智能机器人领域，优必选22年市占率22.5%，位居国内第一；在我国智能服务机器人领域，优必选22年市占率2.8%，位居国内第三。2、达闼机器人：拥有云端机器人系列产品，主打商业+生活服务达闼成立于2015年，主要产品包括云端智能架构、人形服务云端机器人、功能型云端机器人、通用人工智能平台等。达闼公司拥有云端机器人（云脑+安全网+机器人）全栈技术解决方案，并成功实现云端机器人的商业化。在人形机器人领域，达闼推出了Ginger1、Ginger2、小紫XR4等产品，主要应用于酒店、学校、商超、产业园区等生活场景。Ginger1于2019年世界移动通信大会推出，是由达闼自主研发，拥有高精度视觉引导、柔性抓取和操控能力的云端智能机器人。Ginger2于2022年世界人工智能大会推出，身高160cm，体重89kg，灵巧手7自由度，能负重5公斤，续航时间超24小时。相比第一代机器人，Ginger2将柔性关节从34个增加至41个，采用了新一代智能柔性关节-SCA2.0技术和多种传感器，依托视觉传感、灵巧手和AI算法，可实现高精度智能抓取。目前Ginger2主要应用于康养陪护、迎宾导览、教育科研、直播卖货、商场促销、清洁打扫、教育科研等领域。2023年8月，达闼在世界机器人大会展出机器人新品“七仙女”小紫XR-4。XR4身高165cm，体重65kg，全身采用轻质高强度的碳纤维复合材料，拥有60+个智能柔性关节，采用并联驱动结构和高扭矩密度电机，单腿峰值扭矩高达600N·m，可以高灵敏高动态运动，提升了机器人的整体性能，并降低了重量，能够胜任更加广泛的服务场景。3、小鹏汽车：发布首款人形机器人PX5，高效拟人步态小鹏汽车于2023年10月24日发布了其首款人形机器人产品PX5。PX5作为小鹏机器人中心的独立研发项目，其开发时间并不长，在六个月时间内经历了两次重大迭代。PX5采用了“直腿”、大跨步的行走方式，步态更加自然、拟人，且更加节能，续航里程相比屈膝行走提高一倍。除了平地行走外，PX5能够轻松适应草地、碎石等多种复杂地形，对于前后向、侧向冲击，均具有较好的抗冲击能力。此外，PX5还能够踢足球、骑平衡车，平衡能力较强。目前小鹏人形机器人项目仍处于早期，PX5计划未来将优先在小鹏的工厂和销售场景进行实地应用，通过迭代升级，不断提升稳定可靠性。4、小米：推出CyberOne人形机器人，产品侧重人类生活服务2022年8月11日，小米在秋季新品发布会上发布了其首款全尺寸人形仿生机器人Cyberone，可实现重建真实世界、实现运动姿态平衡、感知人类情绪。外观方面，CyberOne身高177cm，体重为52kg，脸部没有采取拟真的精致五官路线，而是采用一个面罩，外层半透明材质，内层为OLED与柔光特效，搭配2D弯曲贴合显示模组可以实时表达机器人情绪。运动能力方面，CyberOne全身由5种关节驱动，共21个自由度，行走速度达3.6km/h。上肢有小米自研的30N·m扭矩的高效电机，电机重量仅为500g，上半身较灵活。髋关节主要电机瞬时峰值扭矩可达300N·m，配合自研的人形双足控制算法，下半身行走更加平稳。此外，CyberOne单手垂直抓握物体重量可达1.5kg。传感器方面，CyberOne对外界信息获取来自听觉和视觉。CyberOne搭载了小米自研的Mi-Sense深度视觉模组，可以对人脸、肢体动作等外界环境进行感知，三维重建真实世界。同时CyberOne通过自然语言处理算法可感知6类45种人类语义情绪，分辨85种环境语义，可以从说话的语气判断人类的心情。综合来看，CyberOne人形机器人具有表现突出的行动速度、抓握力、交互能力以及环境语义识别能力，CyberOne更加侧重于面向服务人本身。智元机器人：推出远征A1人形机器人，加速商业化应用落地智元机器人成立于2023年2月，创始团队包括“稚晖君”彭志辉等业内资深人士，具有较强的技术背景和产业资源。2023年8月，智元发布远征A1人形机器人。远征A1是智元的第一代通用型具身智能机器人，机器人身高175cm，体重55kg，步行速度可达7km/h，整机承重80kg，单臂最大负载5kg。远征A1计划24年商业化落地，先应用于3C制造，汽车制造等工业智造领域，随后逐步走向家庭，协助工人、科研人员和家庭成员完成各种任务。根据智元机器人微信公众号，目前智元机器人已推进与多家制造业头部企业对接，将远征A1应用于各种实际场景，未来将推广至更多领域。在政策、资本以及技术多维度赋能下，人形机器人市场的潜力有望被加速释放。未来的商业应用场景有望渗透进入服务业、制造业等领域。马斯克曾表示其设计特斯拉机器人的远景目标是让其服务于千家万户比如做饭、修剪草坪、照顾老人等。目前较有潜力的人形机器人发展方向主要面向制造业、航天探索、生活服务业、高校科研等，预计2025年人形机器人将有望实现制造业场景应用的突破，小批量应用于电子、汽车等生产制造环境。根据2023年5月GGII发布的报告预测，预计到2026年全球人形机器人在服务机器人中的渗透率有望达到3.5%，市场规模超20亿美元，到2030年全球市场规模有望突破200亿美元。参考中国服务机器人市场约占全球市场25%的数值测算，2030年中国人形机器人市场规模将达50