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发布时间：2024-02-02 20:57:58 | 作者: 雷竞技官网官方网站入口
“能洗衣服会做饭，会拿快递会泡茶”。有着聪明的大脑和灵活的四肢来服务人类。随着未来时代的发展，人们对人形机器人的憧憬慢慢的变多，人形机器人的发展也逐渐进入快车道。
2023年，从资本到政策都聚集到这一新的产业赛道。工信部近期就印发了《人形机器人创新发展指导意见》，其中提到了要在2025年形成人形机器人创新体系，初步建立要在“大脑”，“小脑”，“肢体”等一批关键技术当中取得突破，确保人形机器人的核心部件可以有明显效果地供给，整机水平达到世界领先水平，并实现批量生产。在特种制造，民生服务等场景应用场景范围得到一定效果推广，形成有效治理的机制和手段。到2027年，要培育出2到3家的全球有一定的影响力的生态型企业和一批专精特新的中小型企业，打造出2到3个产业高质量发展集群，培育出新业务，新模式，新业态。同时，该指导意见也把人形机器人提高到和智能手机、新能源车、计算机同等地位的第四类重要产品。在文件指导下，北京市在全国首先提出，要加紧布局人形机器人建设，率先建立了人形机器人产业创新中心。北京市人形机器人产业创新中心把人形机器人未来小批量生产和应用为目标，集中突破人形机器人原型机和通用型机器人、攻关人形机器人的智能大模型的关键技术，汇集了小米，傅立叶智能，优必选等国内人形机器人创新型企业。
该指导意见当中提到，要重点部署“大脑”，“小脑”，“四肢”“机体”四类关键技术。这其中，大脑提供感知和传感，包括通用型大模型，大数据收集和管理，多态感知和环境建模等技术。小脑主要面向全身的协调和精细化作业等方面需求，重点技术包括仿真建模，动力力学建模和行为控制等方面。肢体关键技术包括刚柔耦合性传动机构，高紧凑型机器人，四肢结构与灵巧手设计等技术，机体关键技术包括结构优化、高强度轻量化、材料复杂、身体结构、能源结构，感知一体化设计等方面。
为什么国家要从整体上对人形机器人产业进行规划呢？因为不仅是人形机器人未来的用途十分广泛，下游市场十分广大。而且在可预见的未来，我国也面临着劳动力资源短缺的问题。虽然现在我国劳动力资源还算充足，但是随着未来老龄化程度的加深，高端产业链不断推进，我国必然也会走向劳动力资源不足这个结局。2020年，我国尚有近十亿人的劳动力人口，但是预计到2030年，我国的劳动力总数将下降到九亿人左右。根据中国企业综合调查数据报告，2025年我国劳动力替代率将增长到4.7%，而2030年这个数值将增长到15%，年增长率将达到26%。若以此进行推算，中国在接下来不到十年的时间，被替代的劳动力数量将从2020年的1000多万人口增长到2025年的1.1亿人以上。
这背后的劳动力替代，或许会伴随着许多人对失业风险的担忧，但是从社会进步的角度来看，机器替代人工劳动其实就是社会的进步，人形机器人的发展可以把人从繁重的体力劳动、机械式劳动当中解放出来，让更多的人从事服务型和创造型劳动。同时也可以为将来进一步延长教育时间，为提高下一代的科学素质提供基本的条件。从历史上发展来看，每一个时代都一定会出现逆时代潮流而动的人。比如19世纪英国民间为对抗工业革命，反对纺织业工业化的运动当中，就常常会发生毁坏纺织机的现象。
这是因为工业革命运用机器大量代替人工，使很多手工工业劳动者失业，但是这种对失业率的担忧已经被历史无数次证明，已经是在杞人忧天。纺织机发明之后，并没有导致失业者的增多，也并没有导致饿殍遍地，因为劳动力从传统的纺织业当中释放开来，人们不需要过多的担心制造更多的衣服问题，由此催生了更多的新的行业。从近看，自从有了互联网之后，人们开始发电子邮件，邮差失业了，但是由互联网催生的整个新产业和新岗位是难以估计的，所以如果未来担心AI和人形机器人能够导致自己的行业被颠覆，自己的工作被替代，那都是固步自封的借口罢了，而由AI和人形机器人打开的下一个时代的大门，将会给人们提供更多的创造性工作机会。
人形机器人开始诞生上世纪70年代，特指具有人的形态和功能的机器人，其发展进程有四个阶段，第一是初步行行走阶段，以日本早稻田大学打造的wabot为代表，第二个阶段是能力破冰阶段，以本田人形机器人为代表的系统性、高集成时代到来。第三个阶段是技术突破阶段，以高负荷运动能力为特征，其代表就是波士顿Atlas。第四个阶段就是以特斯拉optimus机器人为代表的产业化即将落地的时代，但该阶段正处于发展的前期阶段。大体上看，人形机器人经历了由缓慢运动到连续动态发展的迭代过程期间，伴随着高度集成运动，自如精细化操作，产业化的方向迈进。
随着科技赋能的发展使人形机器人具有成为“具身智能”的理想形态，人形机器人的发展慢慢的开始 提速，“具身智能”是指一种智能系统使机器也能通过感知和交互与环境进行互动的能力。随着全球人工智能技术时代的到来，chatgpt为代表的大模型，逐步优化对人形机器人的控制。技术人形机器人的大脑层面的技术将越来越成熟，使其顺畅的和外界沟通和交流慢慢的变成为可能性，将原本是属于人的任务移植到人形机器人当中，给人形机器人增加任务理解拆分、逻辑推理等决策能力，最终使人形机器人有望成为具身智能的理想形态。
进入2020年之后，人形机器人领域已经多点开花，尤其是我国市场正蓄势待发。目前国外的人形机器人最重要的包含atlas，optimus，Digit，其中atlas以强劲的运动能力，而著名大多数都用在工厂领域。
Optimus是特斯拉最新推出的人形机器人。根据特斯拉目前发布的最新视频，其动作的协调性以及对物体的识别已确定进入了一个新的台阶，而我国人形机器人的发展和探索虽然起步较晚，但是发展迅速。优必选，小米都各自推出了自己的机器人。2023年，傅立叶智能、宇数科技、纯米科技、小鹏等多家厂商已经推推出了自己的机器人原机，商业化进程正在慢慢地加快。
按照目前场景，机器人大概能把机器人分类为工业机器人，服务型机器人。而工业型机器人大多数都用在工业领域，考验的更多的是多关节的机械手或多个自由度的机械装置，能够代替人自动化执行任务，能够靠自身的学习行为和实现各种功能。目前占市场的比例为35%，服务型机器人，其应用场景范围主要是需要维修，运输清洁保安，救援监护等工作目前占市场的比例为36%。特种机器人目前应用程度较低，主要是抗震救灾等特定的运用领域中，当中使用占比为11%。
目前，人形机器人的产业从0到1落地商业化，产业化趋势正在不断确认。人形机器人诞生以来，已经有30多年的发展，现在正处于快速地发展的状态当中。尤其是2023年以来，从技术到软件的各个端点的技术基点正在不断突破，尤其是以AI大模型为代表的软件技术取得巨大突破，有望加快硬软件结合的方案。从目前行业的情况上来看，特斯拉已完成了从概念机到完成复杂动作的实体机的演变，近期不断展示出人形机器人动作流畅的技术成果，且其成本已经不像之前那么高。所以这里认为从今年开始，伴随着高层文件的介入，人形机器人的发展有望进一步迈上快速地发展的台阶。人形机器人的未来量产节点是值得期待的。
从现在来看，目前人形机器人的参与者主要是科技公司为主，目前的技术方案尚未统一商业化推进，属于冰火两重天状态。从各大厂商的产品来看，各方的落地场景和技术差距亦比较大。目前技术推进较快的，有特斯拉的Optimus，必选的worker，这其中成功实现商业化的产品有软银用于儿童教育的nao，波士顿动力用于搬运和拍摄的stop，以及用于夜间巡逻的Eve机器人，而部分行业的元老级产品，如本田和软银的paper已经停止发售，说明在原本的商业化路径当中，本田和软银的产品已经失败了。
根据目前市场上的经验来看，产品的功与否的决基于两个方面，一是产品的行动能力和实用性能否只停留在橱窗环节，能否找到具体的商业化场景，能否具体的应用到商业化场景。如软银的paper，其售价相比于其应用的条件来看性价比较低，只适合用于展览，最终商业化失败。第二是成本居高不下。日本的本田原本希望其机器人产品在老年人照顾等场景实现商业化，但其造价高达近400万美元，最终也只能草草退出市场。所以机器人的商业化进展的关键点在于必须面向垂直化的场景，搭配相应的适配度，并且使得成本能适中，让市场接受。这当中特斯拉的optimus依托汽车产业链实现了机器人应用场景化成本额降低，目前optimus已经能完成，独立行走，高处拿下物体，识别物体和颜色等明确的目标。而其量产的价格未来将打到两万美元以下，目标是目前能够行走并且能搬运的机器人价格的1/10。
特斯拉的optimus技术迭代迅速，从概念机到原型机，耗时仅为一年。optimus的概念提出于2021年，2022年2月形成了开发平台，实际研发时间并不到一年。在2022，optimus展示了走路，打招呼等基本动作。2023年5月，特斯拉在股东大会上optimus已经能完成抓取物体操作螺丝刀等工作，走路动作已经更加流畅了。
2023年9月，特斯拉在推特上发布的视频optimus已经展现出了精准的校对能力和学习能力，能完成对物品颜色的分类，能完成瑜伽拉伸等人体复杂动作。此外，其手部相比之前变得更灵活，能够自如得拿取物品。Optimus通过人体的运动轨迹和力度，真实还原人体的真实结构。以膝盖为例，特斯拉能够把人的膝盖在其运动过程中所受的力线性化分析，为optimus膝关节提供了一种类似于平面四杆机构的设计，最终使其发压力结构更趋近于人类，能够完全满足拿取大小物品和基本运动的需要。
其软件方面，利用的是FSD芯片处理数据，FSD芯片原本是特斯拉汽车内部用于人工智能推理的芯片，现在用FSD芯片分析20种人类常见的行为，通过数据找出人类行为的共性作为研究，由此减少了需要的研究人类行为的工作。同时，optimus可以自主校对手臂和下肢使用纯视觉和关节，位置编码器进行精准定位，用视频的方式对Optimus进行AI训练，学习成果更好更快捷。坚持End-to-End神经网络架构，执行能力增强。
Optimus的神经网络完全基于端到端训练，输入视频，输出控制，并由此来控制各个部件和关节的移动。目前，Optimus可以自主校对手臂和下肢，使用纯视觉和关节位置编码器进行精准定位，并采用输入视频进行AI训练的方式来进行学习，学习更高效快捷，目前Optimus已能自动进行颜色分类同时纠正人为干扰。
我国的人形机器人虽然起步较晚，但是发展十分迅速，现在已拥有优必选、傅立叶、智选、小米、宇数科技等一系列初创公司进行研究。
这其中进展较快的首先是优必选，优必选聚焦服务型机器人，今年8月25号已经提交了港交所IPO资料，其目前主要的机器人产品从轮式机器人逐渐发展到双足型机器人，它的重点产品worker x具备多种模态的交互系统，视听触觉环境多通道，感知系统能识别人脸，手势，物体，多场景下的智能化和有温度的服务，能够在一定程度上帮助我的服务自主冰箱，咖啡机，吸尘器以及末端的柔顺控制，例如端茶倒水，拧瓶盖按摩等家务服务。
根据优必选招股说明书，2022 年优必选在中国智能机器人解决方案产业排名第三（按收入计），市场占有率为 2.8%。2022年，优必选作为中国第一大教育智能机器人产品及解决方案供应商（按收入计），市场占有率为 22.5%。根据优必选招股说明书披露的产品战略规划，其人形机器人可划分为企业级和消费级两类产品。其中，企业级机器人产品及解决方案，优必选专注于提供技术驱动、行业定制的全局综合机器人解决方案，为企业用户带来明显的业务成果。而对于消费级机器人产品解决方案，优必选注重消费趋势，实现用户需求以及提升产品性价比。
傅里叶机器人，其创始人顾杰毕业于上海交通大学机械系，专注于开发康复型机器人。目前公司的拳头产品为Fourier GR-1：身高165cm，体重55kg，展现出较强的运动能力，走路的速度5km/s，44个自由度（头3+手臂7*2+腰部3+腿部6*2+手部6*2），32个FSA关节，最大模组峰值扭矩230Nm，拥有自研一体化执行器，拟人直腿行走，自适应平衡算法避障，上下坡抗干扰。2023年9月23日开放预售，大多数都用在工业、康复、居家、科研，具备高度可扩展的设计。
智元机器人（Agibot）于2023年2月在临港新片区成立，公司使命“以智能机器创造无限生产力”，是一家致力于以AI+机器人的融合创新，打造世界级领先的具身智能机器人产品及应用生态的创新企业。创始团队包括“稚晖君彭志辉在内的多位业内资深人士，背景综合互补，具有深厚的核心技术背景、产业管理经验和产业资源。愿景是创造具有高度智能和实用价值，可以在现实世界为人类提供劳动力服务的下一代量产型机器人产品。
2023年8月18日，智元发布远征A1人形机器人。身高170cm，体重55kg，步行速度7km/h，具备多模态感知、少样本学习、任务闭环、强人机交互能力。未来成本目标控制在20万元以内。在硬件层面，智元自研了关节电机PowerFlow、灵巧手SkillHand、反曲膝设计等关键零部件，以此提升具身智能机器人的能力、同时降低成本。
除上述三家的产品之外，其他如宇树H1、小米的CyberOne铁大，达闼的“XR-Plan”计划和小鹏PX5都有很大的进展，我国在人形机器人的竞争中出现了百家争鸣的现象。
从现在总体上来看，人形机器人关键的问题除了算法还要进一步更新应用场景、还要进一步适应之外。其成本的管控目前面临的最重要问题，这就涉及到对其上游产业必须要进行拆分，细分人形机器人的成本来源，根据optimus的产品数据。人形机器人的最大的价值量来源于机器人的硬件部分，占总价值量的60%以上。是未来人形机器人降本的关键。现阶段optimus的硬件成本价格约63万元，未来要将总成本控制在两万美元以下，则硬件部分需要降本70%以上。智能AI系统占人形机器人总成本的25%左右，主要是机器人的大脑，和神经系统，具体又可以细分为感知层，传输层，角色层，这当中涉及到各种各样的传感器和人工智能芯片，以及今年火爆的AI产业链和chatgpt大模型等。这就是怎么回事英伟达创始人兼CEO黄仁勋在2023年半导体大会上表示AI的下一个浪潮是“具身智能”的应用。
根据人形机器人的产业特点，总结出如下的组件构成：参考特斯拉Optimus,人形机器人价值量主要分布在FSD系统、AI芯片、执行器、灵巧手肢体骨骼这几个部分:
动力系统可以依据决策层给出的指令做出相应动作，包括能源电池系统和执行机系统（减速器、伺服电机、控制器、丝杆等），减速器、伺服电机、控制器占比分别约为35%/20%/15%。
相较于传统工业机器人，人形机器人的自由度大幅度的提高，预计将使用比工业机器人更多的减速器与电机，9年复合增速91%，大于行业整体增速。
从特斯拉擎天柱机器人的成本拆解来看，最贵的硬件是灵巧手，涉及到空心杯电机、行星减速器等，其次是谐波减速器、编码器、电机。而骨架、传感器、摄像头之类的价值不大。
关于未来人形机器人的竞争将集中于三点：1）本体厂家的竞争核心或将是人工智能的竞争，科技公司和新能源车企在智能驾驶上的研发与人形机器人有协同；2）软硬件的集成和协同，汽车产业对于软硬件整合能力有一定的要求较高；3）产业链的整合与降本，供应链的垂直整合有利于将人形机器人推往商业。而这就要求上下游产业链的写作必须要反应迅速，而我国完整的产业链正好占据未来很强的优势。
减速器主要使用在于机器人旋转关节与灵巧手，是人形机器人的核心零部件之一。人形机器人广泛采用三种主要类型的减速器，包括谐波减速器、RV减速器和行星齿轮减速器。这三种减速器具有不一样的特点和适用部位。谐波减速器的应用方面，谐波减速器具有小巧的体积、高传动比和高精密度的特点，因此非常适合于人形机器人的肩关节和腕关节等需要精确控制的部位。RV减速器的应用方面，RV减速器则特点在于其相对较大的体积、强大的负载承担接受的能力和高刚度。这使得它很适合用于人形机器人的髋关节、腰部和腹部等承受大负载的关节部位。行星齿轮减速器的应用方面，行星齿轮减速器通常体积较小，因此在人形机器人的手指和其他末端关节部位可以替代谐波减速器，提供紧凑的解决方案。
国内减速器市场占有率不断的提高。根据华经情报网的数据，2022年哈默纳科、绿的谐波、来福、新宝、同川、大族谐波等品牌在国内市场的份额分别为38%、26%、8%、7%、6%、4%。其中，主要国产品牌（绿的、来福、同川、大族）合计份额达到44%。
这当中绿的谐波是国内谐波减速器的龙头公司，下篇文章将对绿的谐波进行专门的分析。
丝杠是线性关节的关键零部件，大范围的应用于各种工业设施和精密仪器，包括机床、机器人、注塑机等。从空间来看，滚珠丝杠在新能源汽车转向机构、电助力转向系统、电子驻车系统、刹车系统，在人形机器人的关节部分等方面都有大范围的应用。广泛应用于机床、机器人、制造设备、精密仪器等所有的领域。在2022年特斯拉 AI DAY中，特斯拉人形机器人Optimus旋转关节方案采用：无框电机+谐波减速器+扭矩传感器+位置传感器+轴承(角接触球轴承+交叉圆柱滚子轴承)+编码器。Optimus 展示的线性执行器采用反式行星滚柱丝杠，反式行星滚柱丝杠的主要优势是承载能力强。我们考虑到机器人部分执行器对负载性能没有过高需求，同时反式行星滚柱丝杠价格较贵，可能会在后续产品更新迭代及量产降本阶段部分更换为滚珠丝杠或者滑动丝杠。
根据《中国丝杠行业发展的新趋势分析与未来前景预测报告》数据，2022 年中国行星滚柱丝杠市场海外品牌厂商优势显著，国产品牌还在加速追赶中。以上市公司秦川机床、贝斯特、鼎智科技、长盛轴承、恒立液压为代表。近年来受益于国产替代加速及新兴人形机器人等产业趋势，上述公司均加大在滚珠丝杠环节的布局力度。而在行星滚柱丝杠环节，以南京工艺和济宁博特为代表的国产厂商初步实现行星滚柱丝杠产品国产化，打破国外厂商完全垄断。正处于提升产品性能水平阶段，力争缩小与国际一流产品的差距。
空心杯电机是一种新型微型电机，其电枢绕组为无槽无铁芯空心杯线圈；降低了电机重量和转动惯量，从根本上消除了铁芯涡流效应，进而减少了电机运行时的能量损耗，在未来人形机器人单中具有广泛的应用潜力是未来电机发展的新趋势之一。
人形机器人在实际应用场景中有必要进行灵活、细致的抓握等动作，因此灵巧手需要在仿生人类手掌大小的基础上还需具备较大的输出力矩，也对相关运控部件的功率密度有较高要求。特斯拉人形机器人产业大幕拉开，慢慢的变多的厂商逐步加入灵巧手项目的开 发，我们正真看到国内外不同公司贡献差异化的解决方案，并持续探索更高效、更灵活、更具性价比的灵巧手，持续带动产业化落地。
除上述的细分产业链之外，在传感器、编码器、电子皮肤等方向都有必要进行降低在人形机器人产业当中的成本。这里因为篇幅原因，不对众多传感器细分进行研究，主要集中于减速器的国内龙头绿的谐波和未来有望成为空心杯电机国内龙头的鸣志电器进行研究。
综上，我们大家可以从人形机器人的整机制造到细分零部件的布局中我们大家可以得出以下结论，我国人形机器人国产品牌在机器人在机械控制、四肢关节以及小脑部分的运动形态感知等方面和美国的optimis并没有本质性差别。如果运用美国的芯片soc进行运作，那我国人形机器人的技术水平和美国的optimus在大脑部分的研究进程基本也处于同一段位。
但是问题的重点是我国的芯片产业链不能够完全支撑国产化替代，而根据我们国家刚发布的人形机器人行业发展意见的要求来看，其必须要进行自主化研究，这样的一个问题是未来我国人形机器人的发展所必须要面临的问题，这就要求上游的半导体产业必须要突破，才能够在人形机器人领域应对未来急剧增大的算法和人工智能需求。
该篇文章仅对人形机器人从产业到产品再到零部件进行梳理，能够准确的看出，目前人形机器人正在进入量产化的前夜，不管是人形机器人的“大脑”、“小脑”、躯体和四肢方面都已确定进入攻关的冲刺阶段。而我国从高层发布的指导性文件再次拔高这一产业的地位，展现出从上到下，在经济不景气、传统产业高质量发展见顶的背景下，我国急需一个新的产业打开经济稳步的增长态势。而人形机器人就是十分关键的一个突破点，而一旦人形机器人能够突破，给作为全球“世界工厂”的我们来说有莫大的好处，可以将原本停车位式的工业机器人完全替代，重新改变工业机器人在业界的运用。在消费级领域也能开辟出满足大家、养老、陪伴、家务、教学等多方面需求。这促成的结果将会是改变世界的。而目前走在这个行业前列的只有中美日三国，而我国凭借制造业庞大的产业链体系，一旦芯片领域的系统性问题得到解决，拿人形机器人成本打至消费级有很大的可能性在我国手中实现。
虽然从目前发展的进度上来看，人形机器人进入千家万户还为时尚早。但是，回顾过往的历史我们能发现，从1990年之后开辟出的互联网和移动互联网时代发展红利现在已经逐渐消耗殆尽。全球急切需要下一个新的应用场景的搭建来助推时代的发展，而目前AI和人形机器人方向的突破私以为是未来30年经济增长点的关键突破口！
