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多应用场景下四足机器人商业化加速落地 国内企业引领下市场将迎爆发式增长

1四足机器人产业日渐成熟,多场景商业化进程加速

四足机器人是一种仿生腿足式机器人,设计思路是模仿动物(如狗、猫、马等)四肢结构和行走方式,通过高度复杂的机械结构和精密的控制算法,同时配备多类型的传感器、驱动器、控制系统等,使其具备极强的环境适应能力,能够在多种复杂地形中稳定行走和执行任务。

四足机器人具备稳定性、灵活性、承载能力、自助导航能力等多重优点,因此在各种复杂环境中展现出强大的适应性。

(1)稳定性:四足机器人的稳定性主要得益于其四足设计,这为机器人提供了一个宽阔的支撑基础,使其能够在不平坦或不稳定的地面上保持平衡。机器狗需要在楼梯、碎石地和斜坡等复杂地形上都能稳定行走,即使在受到外力推挤时也能迅速恢复平衡,这在建筑工地监测或石油管道巡检等需要在不稳定地形上操作的场景中尤为重要。

(2)灵活性:四足机器人的腿部具备独立运动能力,允许机器人以多种步态适应不同的环境和任务需求。四足机器狗能够通过调整步长和步速,以适应不同的速度和方向变化,甚至在必要时进行跳跃或爬行,这使得它能够在狭窄或障碍物众多的空间中灵活导航,如在废墟搜索和救援任务中避开障碍物,或在复杂的室内环境中进行探索。

(3)承载能力:承载能力是机器人具备功能性和实用性的关键要素之一。由于四足机器人拥有坚固的框架和腿部结构,有四个支撑点均匀地分布负载,减少对单个腿部的压力,它们能够根据负载的重量和形状调整步态和平衡,以确保在不同负载下都能稳定行走。

(4)续航能力:四足机器人的续航能力得益于高效的能源系统;此外,相比双足机构,四足结构本身具备稳定性,不需要为了维持平衡产生额外的能量消耗。随着电池技术的进步,四足机器人的续航能力已经大幅提升:宇树科技四足机器狗 B2 的综合运行续航 4-6小时,空载持续行走>5h,续航里程>20km;20kg 负载持续行走>4h,续航里程>15km。

(5)自主导航能力:四足机器人的自主导航能力是通过集成多种传感器,如激光雷达、摄像头和红外传感器来实现的。这些传感器共同工作使得机器人能够实时感知周围环境、识别障碍物,并规划出最优路径。同时,它可以用 SLAM 技术进行自我定位和环境地图构建,以及运用机器学习和人工智能算法从经验中学习,不断优化导航策略,在没有人类干预的情况下规划路径和避障,减少了对人工操作的依赖。

四足机器人优势特点

优势 技术支撑
稳定性 四足设计为机器人提供了一个宽阔的支撑基础,使其能够在不平坦或不稳定的地面上保持平衡
灵活性 腿部的独立运动能力允许机器人以多种步态适应不同的环境和任务需求
承载能力 四足机器人拥有坚固的框架和腿部结构,有四个支撑点均匀地分布负载,减少对单个腿部的压力,能够根据负载的重量和形状调整步态和平衡
自主导航能力 通过集成多种传感器,如激光雷达、摄像头和红外传感器等实现,这些传感器共同工作使得机器人能够实时感知周围环境、识别障碍物,并规划出最优路径。同时,它们可以 SLAM 技术进行自我定位和环境地图构建,在没有人类干预的情况下规划路径和避障,减少了对人工操作的依赖
低噪音低干扰 四足机器人的行走机制模仿动物的自然步态,减少了与地面的摩擦和冲击,降低了噪音水平;四足机器人在行走时对地面的压力和损害较小,减少了对敏感区域如考古现场和自然环境的干扰

资料来源:公开资料整理

从学术研究到商业化应用,四足机器人已有超过 60 年的发展历程。

1、理论研究和原型机阶段(1960s-2000s)

20 世纪 60 年代,McGhee 研制了世界上第一台四足机器人——“PhonyPony”。20 世纪 80 年代,MIT Leg-Lab 开展了腿足动态运动控制研究,为后续波士顿动力公司的四足机器人开发奠定了基础。

2、技术研究和进步阶段(2000s-2015年)

2005 年,美国波士顿动力公司推出的 BigDog 是四足机器人发展的一个重要里程碑,采用伺服液压缸作为其腿部的驱动器,为负重型四足机器人的研制提供了新思路。随后,2012 年,波士顿动力公司推出了 LS3,进一步改进了身体结构设计,实现了更大的负载能力。2012年 MIT 研制了全电机驱动的四足机器人 Cheetah,该机器人通过力矩电机的反驱作用,实现对地面碰撞能量的回收,具有极高的能量利用率。

3、应用尝试与技术突破阶段(2015 年之后)

2016 年,苏黎世联邦理工学院推出新一代四足机器人 ANYmal,该机器人被设计用于恶劣环境的自主作业,能够自主规划导航路径并且合理选取落脚点,已被应用于油气站的工业检测。2020 年,波士顿动力正式销售 Spot 四足机器人(2015 年发布),用于商业和工业领域。

国内在商业化应用阶段实现了对海外的追赶和超越。目前已有规模化应用的典型代表宇树科技、云深处科技分别成立于 2016 年、2017 年,其中宇树科技分别于2022 年 6 月、2023 年 12 月推出工业级机器狗 B1 和 B2;云深处分别于 2019 年 12 月、2021 年 6 月、2023 年 10 月推出针对行业应用的四足机器人绝影X10、X20、X30。2022 年之后,小米、腾讯、小鹏等跨界企业亦开始推出四足机器人产品。

根据腿部驱动方式,四足机器人可分为液压驱动、电机驱动、气动驱动和电液复合驱动四足机器人。随着驱动和电机技术的日益成熟,电机驱动的四足机器人成本快速降低,在大多数消费类和工业场景都可以适用,因此目前电机驱动成为四足机器人的主流技术路线。

四足机器人技术路线优缺点

腿部驱动方式 优点 缺点
液压驱动 很高的功率/密度比、高带宽、快速响应、较大的力和扭矩 能耗大、效率低、噪音大
电机驱动 响应速度快、控制精度高、能耗相对较低、工作噪声小 承载能力差、功率密度小
气动驱动 制造成本低、设计轻、灵活性好、环保 难以实现高精度控制和低能耗,实际应用场景较少
电液复合驱动 结合了电机驱动和液压驱动的优势,适用于需要高功率输出、快速响应以及强大动态性能的场景,面对恶劣环境时表现出更好的耐受性 成本更高、维护复杂

资料来源:公开资料整理

四足机器人相比轮式和履带式机器人,具有优异的越障能力,可以轻松穿越楼梯、碎石、狭窄空间等复杂地形,因此在多个领域展现出广泛的应用潜力。四足机器人逐渐应用于工业领域,如海上变电站、钻井平台、建筑工地、智慧工厂、应急消防等各种场景,其商业化进程不断加速。

四足机器人的现实应用案例

应用领域 现实应用
军事和国防领域 波士顿动力的 Spot 机器人,被美国军方用于测试和评估,执行侦察监视任务,以及在潜在的危险环境中进行探测排爆
搜索和救援行动 中国的“赤兔”四足机器人在地震和其他灾害响应中,用于进入废墟和狭窄空间,帮助救援人员评估结构稳定性和寻找幸存者。内蒙古模拟天然气管道泄露爆炸,使用机器狗应用到侦测、抛投、灭火等领域,探索无人化作战模式,提升队伍救援无人化、科技化水平
工业检查和维护工作 法国的 Robosoft 的 Cestus 机器人,用于核电站的常规检查,包括管道和容器的内部检查,减少辐射暴露风险。荆州市荆州区 220kV 纪南变电站,保障设备安全健康运行。机器狗替代了人工巡视,减轻了人工巡视的劳动强度,也提高了巡检质效
物流和配送领域 杭州宇树科技开发的工业级四足机器人 UnitreeB2 参与了泰山景区的垃圾清运测试。这些机器狗能够背负重物,攀爬岩石和陡峭的环境,内置的深度相机实时监测周围,确保每一步都安全稳健
环境监测 2024 年 6 月,深圳市可飞科技有限公司推出一款全新的环境监测工具——灵嗅 P1-X 机器狗,可实时采集和传输环境数据,为环境监测提供更加全面、高效的解决方案
建筑测绘 2023 年 2 月,云深处与天宝耐特联合对四足机器人在测绘领域中的应用展开全面测试,探索绝影 X20 四足机器人搭载实景复制、GNSS 等测绘技术的协同作业,以期在未来协助或代替人工在复杂高危地形、恶劣天气、应急救援中执行高精度测绘任务
农业领域 2024 年 11 月 12 日,在浙江省农业科技创新成果展上,由宇树科技与浙江理工大学共同研发的农业四足机器人亮相,该机器人专攻丘陵等复杂地形下的采摘工作,移动状态下最大能够载重 20 公斤
家庭服务 2024 年 10 月,在 2024 中国移动全球合作伙伴大会上,中国移动展示了主打温馨陪伴的小狗机器人

资料来源:公开资料整理

2国内企业引领全球四足机器人发展,仅现有场景下需求即可迎来爆发式增长

算法层面的突破、人工智能的赋能、硬件的成熟和成本的逐渐下降,使得四足机器人的下游应用持续拓展。智联汽车、工业机器人的长期发展,以及近期人形机器人产业端的大力投入,带动了四足机器人上游零部件(电机、减速器、激光雷达、深度相机、传感器、芯片、IMU、电池等)、中游本体制造和具身智能大模型,模拟仿真等软件技术的突破。在这一过程中,偏向行业应用的四足机器人取得了长足发展。除了制造业,能源、电力、石化、特殊行业等领域将广泛出现机器人的应用。

算法层面的突破、人工智能的赋能、硬件的成熟和成本的逐渐下降,使得四足机器人的下游应用持续拓展。智联汽车、工业机器人的长期发展,以及近期人形机器人产业端的大力投入,带动了四足机器人上游零部件(电机、减速器、激光雷达、深度相机、传感器、芯片、IMU、电池等)、中游本体制造和具身智能大模型,模拟仿真等软件技术的突破。在这一过程中,偏向行业应用的四足机器人取得了长足发展。除了制造业,能源、电力、石化、特殊行业等领域将广泛出现机器人的应用。

资料来源:观研天下数据中心整理

近年来,人工智能赋能后四足机器人的市场前景更加广阔。在政策和资本的支持之下,全球范围内布局四足机器人市场的企业和机构数量持续增加,市场规模快速增长。

根据观研报告网发布的《中国四足机器人行业现状深度研究与发展前景分析报告(2025-2032年)》显示,目前全球范围内对外销售的四足机器人厂商主要包括波士顿动力、ANYbotics、宇树科技、小米、云深处科技、蔚蓝智能、联想晨星、哈崎机器人、德鲁动力、优宝特、七腾机器人等。

全球四足机器人市场主要由内资厂商主导,根据公开数据,2023年宇数科技四足机器人全球市占率达到40.65%,以较大领先优势位居规模份额第一,在技术创新、成本控制和本土市场适应性方面表现出色;波士顿动力以其先进的技术实力和行业解决方案著称,产品主要面向工业、军事、救援等专业领域,强调高性能、高稳定性和强大的作业能力;云深处科技在行业应用方面具备优势;蔚蓝智能聚焦消费级市场;瑞士 ANYbotics 推出防爆四足机器人后,取得石油、天然气和化工行业的订单。

从行业空间来看,如果仅考虑当前四足机器人的主要应用场景,包括电力巡检、应急救援、国防军用和石油化工的需求量,到2030年国内四足机器人的潜在需求数量为 95.6 万台,市场规模为 5172 亿元。未来随着四足机器人的应用场景进一步拓宽,潜在市场空间只会继续扩大。

从行业空间来看,如果仅考虑当前四足机器人的主要应用场景,包括电力巡检、应急救援、国防军用和石油化工的需求量,到2030年国内四足机器人的潜在需求数量为 95.6 万台,市场规模为 5172 亿元。未来随着四足机器人的应用场景进一步拓宽,潜在市场空间只会继续扩大。

资料来源:观研天下数据中心整理

资料来源:观研天下数据中心整理

资料来源:观研天下数据中心整理(YM)

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