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小米“铁大”横空出世 人形机器人万亿赛道风起

机器人分为工业机器人和服务机器人两大类,人形机器人是服务机器人的最高级形态,可被广泛应用于生活生产的众多场景。人形机器人被誉为AI领域的终极形态,是指模仿人的形态和行为而设计制造的机器人,设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互,从而辅助甚至替代人类的生产生活。应用场景上,主要分为商用场景和个人/家庭应用场景两大类,涵盖物流、送餐、清洁、陪伴、娱乐等应用领域。相比其他服务机器人,人形机器人需要更高的感知、运动控制、交互能力。

资料来源:观研天下整理

一、人形机器人技术难点

运动控制和人工智能是人形机器人技术落地的两大核心难点。一方面,多关节的人形机器人机械复杂度更高,人形机器人的运动控制,尤其是关节驱动控制远高于现有的机器人。要使人形机器人更像人,无疑需要先理解人类,然后再用机器去完成人类的动作,但普通人看来稀疏平常的一个运动动作,往往都需要开发者设计合理高效的机械结构(骨骼),根据各部位运动需求构建执行精度高的驱动系统(肌肉),并开发具有高度稳定性和适应性的控制系统(神经系统),进行成千上万的计算和模拟实验,才能真正让机器人去完成印象实现。例如:人型机器人要模仿上台阶,科学家则需要在机器人控制上进行原理模仿应用。归纳起来就是了解人怎么调整平衡,然后形成一套理论模型,再通过算法硬件,做出整体计算,保持动作。同时供应链层面的材料、芯片、电池系统、零部件等也需要持续提质和创新。另一方面,要让机器人实现一定程度的认知和决策智能,在有很大不确定性的动态环境里,能够自主判断、自主决策,并自主完成任务,尚需要人工智能软硬件(大脑) 的高度发展,道阻且长。

资料来源:观研天下整理

二、人形机器人发展历程

早在公元前2世纪机器人的概念就已经有了雏形,而人形机器人的发展史最早可上溯到15世纪末,科学家达·芬奇在手稿中绘制了西方文明世界的第一份古老“类人机器人设计草图”-一个靠风能和水力驱动的“机器武士”,由此启发了人类对于研制“人形机器人”的幻想。500多年后的1927年,美国西屋公司制造了世界上第一台人形机器人-装有无线电发报机的“Televox”, 装有无线电发报机,虽然不能走动,但可以回答一些问题。而我国直到2000年第一台人形机器人才宣告问世,这台机器人是在1990年我国第一台两足步行机器人的基础上,经过10年攻关,成功研制出来的,被称为“先行者”,它有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足,有一定的语言功能,可以动态步行,这也标志着我国机器人技术已经跻身国际先进行列,真正使得我国的机器人研究成为走向新世纪的“先行者”。

资料来源:观研天下整理

三、人形机器人应用场景

纵观人形机器人的发展史,其应用领域并不仅仅局限于一个特定服务领域,而是应用于从教育,医疗,餐饮、养老、军事、交通等服务型行业,到汽车、军事等工业领域,甚至涉及航空航天、水陆勘探等。在这些场景中,人形机器人核心代替的是现在在做的与人相关的业务需求,尤其是重复型与高危型工作。

根据观研报告网发布的《中国人形机器人行业发展现状研究与未来投资调研报告(2022-2029年)》显示,纵观人形机器人的发展史,其应用领域并不仅仅局限于一个特定服务领域,而是应用于从教育,医疗,餐饮、养老、军事、交通等服务型行业,到汽车、军事等工业领域,甚至涉及航空航天、水陆勘探等。在这些场景中,人形机器人核心代替的是现在在做的与人相关的业务需求,尤其是重复型与高危型工作。

资料来源:观研天下整理

四、人形机器人行业主流产品

近年来各类人形机器人产品陆续推出,功能与应用场景各有不同。例如:ASIMO是日本本田技研工业株式会社研制的仿人机器人,这款机器人采用纯电机驱动,以模仿人类的动作更精准,达到帮助人类,特别是行动不便者的设计目的。于2022年3月31日正式退役;Walker是我国优必选企业创新研发的大型仿人服务机器人,具备41个高性能伺服关节构成的灵巧四肢,最新版本Walker X,应用场景包括科技展馆、影视综艺、商演活动、政企展厅等,商业化进程加速中。

人形机器人主流产品介绍

应用场景

功能

参数

商业化情况

局限性

Optimus(美国)

工厂、仓库、核设施场地、建筑工地、医院、农场、消防部门等

适用于重复无聊的或危险性工作

身高173cm,体重57kg,运动速度8km/h,自由度57

预计2025年出货量达到400-500

ASIMO

(日本)

接待、表演

避障、小跑、踢球等

身高130cm,体重48kg,运动速度9km/h,自由度57

单台价值250万美元,商业化进程缓慢

续航时间短(1小时)、售价过高难以商业化,缺乏高级AI技术

Atlas

(美国)

研发平台

立定跳远、跳高、后空翻、在软地面跑步等

身高150cm,体重80kg,运动速度5.4km/h,自由度28(液压关节)

目前无商业化尝试,单台价值约200万美金

能耗较大、售价过高难以商业化,缺乏高级AI技术

WALKER

(中国)

展览、表演、家庭、危险环境搜救

问询、引领、送物等交互功能

身高130cm,体重63kg,运动速度3km/h,自由度41

用于发导览、前台、接待等场景,商业化进程加速中

加工零件价格昂贵、机器人专用的元件少和清洁度、安全性等方面

Pepper

(日本)

商业、教育

配备语音识别技术、呈现灵活的关节技术,可分析表情和声调的情绪,与人类进行交流

身高100cm,体重28kg,运动速度3km/h,自由度20

上市后由于价格较高、使用功能性不足,商用失败

硬件条件薄弱且难以捡起精细物件,作为情感引擎开发较为落后,整体功能较为单一,可靠性较差

Ameca

(英国)

展览、表演、家庭等

在各种情况下都能保持响应,做出面部表情

身高187cm,体重49kg,运动速度3km/h,自由度51

目前无明确商用化计划, 但据路透社,可以13.3万美元出售

Dighit

(美国)

物流、仓储、工业检测

装载和卸载货运箱

身高155cm,体重42.2kg,自由度16

售价为25万美元/套, 2021年出货量为40-60

资料来源:观研天下数据中心整理

五、人形机器人上游核心零部件有望持续受益

人形机器人或带动上游核心零部件产业蓬勃发展,原因在于其所需核心零部件相较于传统机器人,需求量、精度、灵活性均存在升级需求。

通过对现有的机器人核心零部件进行分析,梳理出人形机器人上游三大核心零部件主要是精密减速器、交流伺服电机、控制器。精密减速器是一种精密的动力传达机构,其利用齿轮的速度转换器,将电机的转数减速到所要的转数,并得到较大扭矩的装置,从而降低转速,增加扭矩;伺服电机在自动控制系统中,用来精确地跟随或复现某个过程,使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化;控制器相当于人类的大脑,是机器人的心脏,决定了机器人性能的优劣,主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹,操作顺序及动作的时间等。