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- 发布日期:2024-01-13 07:37 点击次数:108
人形机器人集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术,有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品,将深刻变革人类生产生活方式,重塑全球产业发展格局。2023年11月02日工信部印发《人形机器人创新发展指导意见》为我国人形机器人发展指明方向。意见指出,到2025年,人形机器人创新体系初步建立,“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术取得突破,确保核心部组件安全有效供给。整机产品达到国际先进水平,并实现批量生产。到2027年,人形机器人技术创新能力显著提升,形成安全可靠的产业链供应链体系,构建具有国际竞争力的产业生态,综合实力达到世界先进水平。
人形机器人的研制开始于20世纪60年代末,至今全球人形机器人发展可简要概括为以下三个阶段:
在腿部功能上以实现简单行走为目的、在手部功能上以外观仿形并实现简单运动为目的的早期探索阶段(1970s-2000 年),彼时的人形机器人模型粗犷,但初具人类躯干与肢体形态,侧重实现行走功能和手部简单运动,尚未具备交互能力且智能化水平较低,例如本田于上世纪 90 年代研发的自主行走机器人P2;
具备初级感知功能的智能化起步阶段(2001-2015年),进入二十一世纪,随着感知系统及交互系统等技术进步,人形机器人在该阶段可实现与外界环境有限的互动,并且运动自由度提升,能实现行走以外的其他简单行动操作,例如本田由 P系列所迭代出的 ASIMO 系列中的“All-new ASIMO”机器人;
搭载人工智能、机器学习和计算机视觉系统等先进技术的智能化进阶阶段(2016年至今),以上技术大幅提升了人形机器人的认知及感知能力,使其表现出对外界环境更灵活、敏捷的适应性和通识理解能力,例如特斯拉2022年发布的Optimus机器人。
图|人形机器人的三个关键发展阶段
来源:华宝证券研究所
2021年及之后,随着全球备受瞩目的概念人形机器人产品逐步出现,包括特斯拉 Optimus、Engineering Arts的Ameca、Agility Robotics的Digit 等。国内多家企业开始布局人形机器人行业,智元、傅里叶、达闼、宇树、小米、小鹏等均发布人形机器人产品,商业化进程有望加速。同时车企(如比亚迪、理想汽车)对人形机器人应用领域的关注度也在逐步提升,人形机器人产业规模将有望提升。
表|人形机器人市场空间测算
来源:华创证券研究所
人工智能的快速发展解决了机器人不智能、没场景两个核心难点,国内产业链的布局有利于快速降本,从而为人形机器人的普及奠定基础,据华创证券预测2030年人形机器人平均售价从45.9万降低至16.2万,降幅达到65%;销量达到216万台,总市场规模3506亿元。
表|国产人形发布时间及应用场景
来源:与非研究院整理
本文旨在对国内人形机器人产业内公司、产品和技术做综合梳理,以便大家了解国内人形机器人产业发展情况。在以后的文章中,将会对人形机器人上下游产业链,各个环节的技术和价值量做详细的梳理和拆解。
01
优必选
公司简介
优必选科技成立于2012年3月,是人形机器人的领导者和智能服务机器人的领航企业。目前,优必选是全球极少数能完成小扭矩到大扭矩(扭矩从0.2Nm到200Nm)伺服驱动器批量生产的公司之一,人形机器人Walker是中国首个商业化的大型人形机器人。截至2022年12月31日,公司全栈式技术申请专利超过3100项,拥有授权专利超过1600项,其中发明专利占比近50%。
截止2023年6月30日,优必选已服务全球50多个国家和地区,拥有900多家企业客户,并已售出超76万台机器人,在全球人形机器人尚处于技术探索和发展的早期阶段,率先实现人形机器人商业化。2020~2022年,优必选营业收入分别为7.4亿元、8.17亿元、10.08亿元,年均增长率达16.7%,2022年相较于上一年同比增长23.4%。2022年,人形机器人业务贡献了5184万元的收入,占公司总体收入额5.1%。过去三年,优必选总研发投入近16亿元,平均研发开支占总收入的56.5%。
优必选科技是全球极少数具备人形机器人全栈式技术能力的公司,包括行业领先的机器人技术(机器人运动规划和控制技术、伺服驱动器)、人工智能技术(计算机视觉和语音交互)、机器人与人工智能融合技术(SLAM及自主技术、视觉伺服操作和人机交互),以及机器人操作系统应用框架(ROSA)。
图|优必选人形机器人核心技术
来源:优必选招股书
人形机器人产品介绍
表| 优必选产品迭代
来源:优必选官网、与非研究院整理
技术参数
图|优必选Walker及主要参数
来源:优必选官网
优必选采用36自由度设计,主要集中于腿部12、臂14、手8、颈部2。驱动单元主要是无框力矩电机,配备精密谐波减速器用做电机减速和力的输出,运动控制靠驱动控制器和双编码器。处理器采用Inter i7和i5处理器。
仿真平台系统架构
来源:优必选官网
Walker机器人硬件平台主要有机械臂、灵巧手、雷达、力控、IMU惯性测量单元和相机。底层由伺服电机驱动,实现位置、速度和力的控制,并配置力传感器驱动等。
成本占比
表| 人形机器人成本构成
来源:优必选招股书
Walker机器人主要成本是六维力传感器,单价超过15000元,其他环境光传感器单价较低约为0.4元。编译器(包括软件和硬件)单价在1100-1700元,需要定制规格。集成电路:CPU价格超过50元,电源管理IC如LDO、DC-DC转换器单价通常低于5元。电容器单价在0.002-3元,印制电路板在0.5-350元,电位器在1.3-2.5元。
发展规划
优必选人形机器人已与多家新能源汽车头部企业合作,在制造业场景中的规划分为三个阶段。
第一阶段(2023年-2024年),以新能源汽车制造场景作为人形机器人在工业场景的切入点,实现人形机器人在搬运、涂料等工业场景中的测试。
第二阶段(2025年-2027年),优必选人形机器人将逐步拓展至中等难度任务,重点打造3-5个专用场景下的应用,逐渐实现规模商业化,横向拓展至消费电子制造业等其它行业及应用场景。
第三阶段(2028年-2033年),优必选人形机器人将进一步拓展到较为复杂的任务场景,具备超过10+种技能,成为多任务通用型工业人形机器人。
02
傅利叶智能
公司简介
傅利叶智能成立于2015年,是通用机器人领域平台企业,深耕智能机器人技术,总部位于上海张江。傅利叶智能聚焦研发通用机器人底层技术,自建全栈式研发能力,为各类应用领域提供技术开放平台。自主研发的通用人形机器人在国内率先实现商业化落地。
目前,机器人技术已落地医疗康复场景并实现规模化应用,为全球超过40个国家和地区的2000多家客户提供高性能康复机器人、智能康复产品及综合性解决方案,一站式赋能医疗康养机构,从零构建标准化康复服务能力,推动康复医疗服务转型升级。
人形机器人产品介绍
7月6日,傅利叶智能在2023世界人工智能大会发布第一款通用人形机器人GR-1,身高1.65米,体重55公斤,全身自由度达44个,最大关节模组峰值扭矩300牛·米,步行速度为5公里/小时,能负重50公斤。
傅利叶智能GR-1具有敏捷避障能力,能够在不平整、有坡度的地形上行走,抗外界冲击干扰。GR-1之所以具备这种能力,是因为它有一个发达的“小脑”——在AI算法的支撑下,能完成MPC(模型预测控制)运动。
图| GR-1
来源:傅里叶智能官网
将人工智能技术与机器人实体相结合,让“大脑”有了可支配、可感知、可交互、可行动的“身体”。GR-1采用了高度可扩展的设计,可实现更多的AI模型与算法验证,在工业、康复、居家、科研等多应用场景潜能巨大。
图| GR-1运动能力
来源:傅里叶智能官网
GR-1能够直立行走,敏捷避障,上下坡,应对冲击干扰。该机器人已小批量生产, 电子元器件采购网 技术攻关仍在继续。23 年 9 月开启预售,计划未来 1-2 年量产交付。
03
达闼机器人
公司简介
达闼成立于2015年,是智能机器人领域的独角兽头部企业,全球领先的云端机器人创造者、制造商和运营商。公司围绕“机器人服务于人、达闼服务机器人”的战略使命和“云端智能,连接未来”的美好愿景,旨在通过持续引领云端机器人前沿技术研究与产业化应用,让云端机器人走进千家万户,帮助人类完成4D(如枯燥、肮脏、危险、甚至困难的)工作,让人类尽享更美好的生活。
核心技术
图|领先的核心技术
来源:达闼官网
达闼具有行业领先的云端机器人全栈技术解决方案,创新性地提出 “云端机器人”(“云脑+安全网+机器人”)架构并成功实现云端机器人的商业化。云端大脑通过人工增强、多模态融合AI和数字孪生(即 “机器人元宇宙”——海元世界)等先进技术,实现机器人智能的自我学习、不断进化与成长。各种类型的服务机器人通过移动内联网(MCS)和标准化机器人控制器(RCU)安全连接到云端大脑,并被其赋能,获得智能语音,智能图像,智能行动等能力。此外,达闼开创性的研发了集通信、计算、传感于一体的机器人智能柔性关节SCA,解决了机器人硬件在标准化、集成化及产业化方面的局限,降低了机器人准入门槛、加速产业生态形成。截至2022年12月,达闼已经拥有超1600+项专利申请,在云端机器人领域专利数全球第一。
人形机器人产品介绍
图|Cloud Ginger XR1
来源:达闼官网
XR1通过5G/4G/WIFI网络,以VBN安全链接的方式连接云端大脑HARIX。依托于云端大脑智能视觉、智能语音、智能运动等综合AI能力,结合Cloud Ginger XR1全身拥有的四十多个世界领先的智能柔性关节(SCA),形成端侧的多模态融合智能交互能力。可实现精准运动、视觉抓取、安全感知周边环境,多种方式人机交互等功能。Cloud Ginger XR1作为5G时代的杀手级产品,可以为各类客户提供迎宾导览、直播带货、康养陪护、教育科研、清洁打扫、卖场促销等应用服务。
表| 核心系统分析
来源:达闼官网、与非研究院整理
图| 智能柔性关节
来源:达闼官网
公司自研的智能柔性关节技术,融合电机、驱动、编码器与减速器高端融合。34个智能柔性关节遍布颈、肩、肘、腕、手、腰、膝、底盘,能歌善舞、智能抓取、自主行走、自动避障、自动平衡。多层立体感知多个2D/3D相机、激光雷达、超声传感、IMU、力传感、麦阵等。
Cloud Ginger XR1目前还是采用人形轮底的结构设计,预计未来会发布人形腿部结构。23年展出机器人小紫 XR-4,拥有60+柔性关节,单腿峰值扭矩 600Nm,运动性能较强。
04
小米机器人
公司简介
小米集团成立于2010年4月,2018年7月9日在香港交易所主板挂牌上市,是一家以智能手机、智能硬件和IoT平台为核心的消费电子及智能制造公司。
人形机器人产品介绍
CyberOne(铁大)是小米于2022年8月11日发布的首款全尺寸人形仿生机器人。CyberOne搭载小米自主研发的Mi-Sense深度视觉模组,结合AI交互算法,使其不仅拥有完整的三维空间感知能力,更能够实现人物身份识别、手势识别、表情识别。在与外界沟通交流方面,CyberOne搭载了自研MiAI环境语意识别引擎和MiAI语音情绪识别引擎,能够实现85种环境语音识别和6大类45种人类情绪识别。以上所有的能力均集成在CyberOne的大脑中,并通过机器人面部曲面OLED显示模组,进行交互信息实时显示。
图| CyberOne技术参数
来源:小米发布会
发展规划
2023年世界机器人大会举办期间,小米透露正在积极推进仿人机器人在自有制造系统中的分阶段落地。具体而言,小米对机器人产业的布局,将会分为三步走:
第一步,短期内,小米的仿人机器人将扎根某一个场景,实现多个功能做产品技术的验证,进行原型机的开发。
第二,到了中期,小米的仿人机器人将融入小米制造、智能制造多个场景来做产业验证,进行规模化的验证,实现仿人机器人在制造场景当中的数据积累和模型迭代。
第三,长期来看,小米希望拓展机器人在3C和汽车制造场景之外更多场景中的应用和价值实现,形成71的“黄金法则”。也就是说,在未来的智能制造体系中,70%的工作由自动化设备完成,20%由仿人机器人完成,剩下的10%由人类完成。
05
智元机器人
公司简介
智元机器人(AGIBOT)成立于2023年2月,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。截止到目前智元机器人已经完成了天使轮、A轮、A1轮、A1+轮等多轮融资。
人形机器人产品简介
2023年8月18日,智元机器人在上海举办了一场盛大的发布会,隆重推出其最新研发的具身智能机器人远征A1。这一里程碑式的发布标志着智元机器人在人工智能+机器人技术领域取得了一系列重要突破,彰显了公司在技术创新和商业应用探索方面的领先地位。
图|智元远征A1参数
来源:智元发布会
智元第一代通用具身智能机器人“远征A1”在运动控制、具身智脑、灵巧手、关节电机等方面体现了业界领先的全栈创新能力。未来,在政策、资本、技术以及生态多维度的赋能下,智元机器人将围绕本体结构、智能算法、应用范式、量产落地等关键领域,加速推动通用机器人的市场潜力释放。
计划24年商业化落地,先应用于3C制造、汽车制造,并逐步走向家庭。
06
宇树机器人
公司简介
杭州宇树科技是一家世界知名的机器人公司,专注于消费级、行业级高性能通用足式/人形机器人及灵巧机械臂的自主研发、生产和销售。曾受邀参加2021牛年央视春晚、2022冬奥会开幕式、2023 Super Bowl(美国春晚)赛前表演、2023杭州亚运会和亚残运会等。配有 3D 激光雷达+深度相机,实时获取高精度的空间数据,实现全景扫描。
人形机器人产品简介
图|宇树Unitree H1全尺寸通用人形机器人
来源:宇树官网
图|M107 PK 国际主流关节电机
来源:宇树官网
为适配大负载、高密度、大功率的需要,宇树为H1设计了大扭矩密度M107关节电机,应用在H1的两个膝关节上,峰值扭矩达到360N·m,而髋关节电机扭矩则为220N·m,踝关节为45N·m,手臂关节则为75N·m。在 M107 关节电机加持下,H1行走速度超1.5m/s,潜在运动性能超5m/s。H1在速度、力量、机动灵活性等方面具备全球近似规格最高动力性能,能够在复杂地形和环境中自主行走和奔跑,是国内第一台能跑的通用人形机器人。
图| Unitree H1参数
来源:宇树官网
宇树高度重视自主研发和科技创新,全自研电机、减速器、控制器、激光雷达等机器人关键核心零部件和高性能感知及运动控制算法,整合机器人全产业链,在足式机器人领域达到全球技术领先。目前累计申请国内外专利180余项,授权专利150余项。
H1 目前可预订采购,23Q4 左右发货,商业化进展领先。
07
总结
综上,目前人形机器人在我国属于初创早期,尚未能实现持续盈利。优必选经过3代技术迭代,在运动控制技术、仿真技术、商业化应用领域相对领先。小米、傅里叶、达闼、宇树、智元都只发布1代左右产品,性能和技术都不是很完善,量产和商业化都还有很长的路要走。
国内企业更关注减速机、关节等机械零部件自研及开发。从数量上看,关节电机越多,自由度越高,机器人越灵活。从质量上看,扭矩、功率密度和转速等指标影响机器人的性能,输出扭矩越大,承载能力越强。在目前已发布的技术细节看,达闼和宇树的关节电机性能处于国内较高水平。
核心处理器如优必选、宇树等公布出的采用inter i7/i5技术为主,其他企业应该也多采用外采;核心算法也都还处在不断建立、完善和迭代过程当中。
应用场景,未来将优先应用于3C工厂制造,例如从事移动搬运、零部件装配等工作,AI教育、科研等工作,再计划逐步走近家庭,提供清洁整理、老人陪伴等领域。
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