海外人形机器人行业分析

海外人形机器人行业分析一、复盘海外人形机器人发展史，看人形机器人产业化“走过的路”和“正在走的路”海外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。本章中我们复盘了具有代表性的三家海外机器人企业，其中波士顿动力机器人产品发展年限较长，在其现有的对外展示视频中体现了极致的运控能力与动态性能，我们认为此类企业的特点为技术沉淀深厚，但由于其达到对应产品性能量产成本较高，降低生产成本成为主要问题。而1XTechnologies和AgilityRobotics机器人多以具体的应用场景出发，其人形机器人产品虽然没有非常极致的运动性能，但可以满足特定工作场景，同时如AgilityRobotics已建设了规模化人形机器人生产工厂，向产业化进军。（一）波士顿动力：极致的运控能力与动态性能深耕机器人领域三十余载，从姗姗学步到神气活现。波士顿动力起源于1983年成立的TheLegLaboratory，致力于仿生技术的研究。经过近十年的发展，其创始人马克·雷博特于1992年将其从麻省理工学院独立出来。2005年波士顿动力的首款四足机器人BigDog以及用于逼真人体模拟（COTS）的DI-Guy软件正式问世，起初设计用途是给美军提供物资输送；2013年波士顿动力研制了世界上跑的最快的四足机器人WildCat，极限速度可达48km/h；2013-2017年间公司研制出了电动液压机器狗Spot，并推出了初代Atlas机器人；2019年公司正式宣布Spot机器狗以租赁方式投放市场，开启了其商业化历程。公司在过去的三十年内陆续发布了BigDog、LittleDog、PETMAN、LS3、Atlas、Spot、Handle等多个机器人，从机械结构、算法步态控制、动力系统耗能等方面完成了多方面的更新迭代。“一脚踹不倒”的BigDog是波士顿动力早期机器人技术领先优势的体现。2004年发布的BigDog外形约1m高，1m长，0.3m宽，重90kg，可以执行步行、小跑、起立、坐下等动作，具备攀爬25°&35°斜坡的能力，能以1.8m/s的速度小跑，在岩石路上背负50Kg的负载时能以0.7m/s的速度步行，爬行的速度约为0.2m/s，小跑的速度约为1.6m/s（3.5mph），奔跑的速度约为2m/s（4.4mph）。BigDog的硬件架构主要由机械本体、液压传动系统和传感器检测系统三部分组成。BigDog整体为四足结构，每条腿有4个自由度（单自由度关节由液压执行器提供动力）。其每条腿包括一个小腿、一个动力膝关节、两个臀关节。液压执行器由两级航空质量伺服阀调节的低摩擦液压缸，每个执行器部分安装有检测关节位置和力传感器。Bigdog躯体部分搭载了电源、动力系统和传感系统等核心控制部件。BigDog拥有在当时高度集成的传感器及感知系统。BigDog集成了大约50个传感器，分为本体传感器——感知身体状态（计量器、加速计、陀螺仪、油温）、环境传感器——监测环境条件（视觉、周围温度等）和身体-环境交互传感（测压元件、红外接触）等。与此同时，BigDog的感知系统还集成了视觉相机、激光雷达、GPS天线等传感器，用以勘测周围地形环境，从而指导肢体做出相应的运动状态。BigDog的感知系统在当时集成了多种技术，同时运用了当时较为先进的视觉技术及雷达技术，感知技术较为领先。Atlas强大的运动性能主要来自于其独特的液压方案及其算法技术。Atlas身高1.5米，体重80kg，速度1.5m/s，其全身的28个自由度均由液压驱动实现，（单腿3自由度，单脚踝2自由度，腰腹2自由度，单臂6自由度，腕部机械手1自由度）。波士顿动力在液压驱动方面布局了较多专利，就机器人能耗控制、运动稳健性、驱动稳健性方面做出了众多布局。感知能力与算法给予了Atlas强大的运动能力。2021年，波士顿动力展示了Atlas接近于人类的跑酷能力，其能够快速越过具有一定倾斜度的障碍物、执行快速转身、跳跃等动作。而在三年前，早期的Atlas跑酷能力仅能够支持其完成较为简单的障碍跨越。机器人感知算法的目的是将相机和雷达等传感器中的数据转换为对决策制定和规划形体动作有益的信息。Atlas使用集成IMU、联合位置和力传感器来控制自身的肢体动作，并通过感知地面来保持平衡，其利用其感知能力来识别与导航障碍物的间隙及窄梁。Atlas使用TOF深度相机以每秒15帧的速度生成环境的点云，点云是测距的大规模集合。Atlas的感知软件使用一种名为多平面分割的算法从点云中提取平面。多平面分割算法的输入馈入到一个映射系统中，该系统为Atlas通过相机看到的各种不同对象构建模型。（二）1XTECHNOLOGIES：OPENAI领投的“具身智能”生产为世界劳动力需求服务的机器人。1XTechnologies成立于2014年，其创立初衷为打造能够与人类一同劳动的通用型机器人。2023年3月，公司完成A2轮融资，由OpenAI领投，TigerGlobal、AllianceVenture等投资者跟投，总融资额达2350万美元。这是OpenAI创业基金首次投资机器人领域，1XTechnologies将利用这笔资金来加大其即将推出的双足机器人模型NEO的研发力度，以及在挪威和北美大规模生产其首款商用机器人EVE。Revo1驱动系统打造最高效的负载重量比。1X认为大多数机器人系统中使用齿轮，虽然齿轮提供了动力，但他们也增加了机器人的重量，降低机器人的动力及灵敏度。1XTechnologies以人类运动为灵感，开发了世界上扭矩重量比最高的驱动伺服电机Revo1。Revo1专门定制于低齿轮比机器人及灵巧机械，在公司的产品中已一种类似于人类肌肉的方式进行运动。EVE到NEO，具身智能形态初现。EVE是当前公司的旗舰产品，EVE拥有两眼，两只机械臂和两轮，其通过摄像头和传感器来感知并与周边环境互动。当前EVE可以利用人工智能技术在工作空间中巡航。它们能够开关各种门把手、远距离识别人和物体、移动通过非常规空间。当前EVE已可应用于部分安保场景。NEO为公司最新研发的双足式人形机器人，其使用了1X的“无齿轮”设计理念，全身较为柔软，能够在几乎所有的场景中安全作业，同时像人类一样自然移动操作。NEO已初现具身智能形态，其将先进的语言系统和智能自主运动模型相结合，能够在人类与其对话及执行任务的过程中自主学习。OpenAI领投给予市场无限遐想空间。OpenAI创业基金对于1xtechnologies的投资引发了外界对于GPT模型和机器人结合的无限遐想，GPT背后的强大AI技术将可帮助实体机器人克服算法和数据方面的部分问题，从而推动机器人行业迎来重大变革。该融资消息引发了市场对于人工智能下一阶段“具身智能”的大量讨论研究。（三）AGILITYROBOTICS：打造全球首家人形机器人工厂从大学走向商业化，创业与学术研究的碰撞。Agility的首席执行官DamionShelton和首席技术官JonathanHurst首次相遇是在卡内基梅隆大学攻读研究生学位时。在毕业后，Shelton走上了创业之路，而Hurst选择了学术研究。随着时间的推移，Jonathan在领导俄勒冈州立大学的机器人实验室期间取得了一系列突破，他们决定再次携手合作。2015年，Shelton、Hurst以及机器人实验室的另一位成员MikhailJones共同创立了AgilityRobotics。Agility最初通过将其首款商用机器人Cassie出售给大学和研究实验室，作为开发测试平台。公司于2019年推出Digit，在Cassie的基础上构建了带有躯干和手臂的双足动态稳定机器人，并与福特合作，进一步开发了一种将福特的自动驾驶车辆与Agility的机器人相结合的最后一英里交付解决方案。全世界首家人形机器人工厂蓄势待发，或开启人形机器人规模化生产元年。Agility在2022年开始了RoboFab的初期建设，该机器人工厂占地7万平方英尺，预计于今年年底投产。公司预计RoboFab第一年将能够生产数百台Digit机器人，并具备扩大产能至每年超过10,000台机器人的潜力。Digit最初的应用将包括在仓库和配送中心内的散装物料处理，并有望在2024年交付第一批Digit。顺利上岗，多用途Digit机器人可执行各种现实任务。2023年3月，AgilityRobotics推出了最新版的双足多用途机器人Digit，专为近期在仓库和物流运营中取得商业成功而设计。新版Digit的头部目的是作为一个人机交互的载体，而其新添加的手部机构则是为了移动仓库中货物移动的塑料箱，其当前可以完成将手提箱从一些货架上移到传送带上等一系列操作。二、蝴蝶开始扇动翅膀：国内人形机器人厂商进展迅速海外人形机器人企业布局较早，国内企业有望后来居上。综合当前全球人形机器人企业的技术实力与量产成本，英国EngineeredArts处于领导者地位，而美国特斯拉、1Xtechnologies公司则处于强表现者地位，且当前均已逐步进入产业化进程；我国的智元机器人、优必选等均处于竞争者地位，而当前伴随越来越多的国内企业及互联网巨头切入人形机器人赛道，国内企业有望与全球人形机器人企业“同台竞技”。（一）达闼科技：行业领先的云端机器人企业达闼创新性地提出了“云端机器人”架构并成功实现云端机器人商业化。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。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。达闼开创性地研发了集通信、计算、传感于一体的机器人智能柔性关节SCA。当前达闼的智能柔性关节技术已更新到SCA2.0系列，其中公司的SCA柔性关节分为标准SCA及特种SCA。公司的QDDLite系列是MINTASCA执行器的复合材料版本，利用复合材料结合生产制造工艺，大大降低了传统全金属执行器的制造成本，降低了机器人的整体研发成本。公司当前共推出两款人形智能服务机器人。CloudGingerXR-1发布于2019年，其配备了34个先进的智能柔性执行器，遍布颈、肩、肘、腕、手、腰、膝、底盘；XR-1拥有多层立体感知能力，配备了多个2D/3D相机、激光雷达、超声传感、IMU、力传感器等。同时云端大脑给予了其精准的视觉抓取能力、全方位的听、说、看、动等融合智能能力。CloudGinger2.0发布于2022年，其身高160cm、体重89kg，全身共有41个柔性执行器，配备了最新的SCA2.0非晶轴向电机技术。CloudGinger2.0拥有七自由度灵巧手，可以更从容地完成抓取，操作工具等精细动作，可应用于迎宾、科研、清洁、康养陪护等多个应用场景。（二）优必选：服务型机器人头部企业，机器人技术全面布局优必选是我国机器人企业中成立较早、规模较大的头部企业。优必选致力于服务机器人、智能服务机器人及人形机器人的研发。公司2022年在中国智能机器人解决方案产业排名第三，市场份额为2.8%，且为中国第一大教育智能机器人产品及解决方案供应商。2022财年，公司实现营业收入10.08亿元，同比增长23.35%；净亏损9.75亿元，公司的营收规模在我国服务机器人企业中位于前列。聚焦人形机器人核心技术研发，并诱发智能服务机器人技术溢出效应。优必选的核心技术在于机器人领域的机器人技术及人工智能技术，其中机器人技术包括伺服驱动器的生产制造及机器人运动规划和控制技术，人工智能技术包括计算机视觉技术及语音交互技术。而公司的核心机器人产品则是公司机器人技术及人工智能技术的融合产物。Walker系列是中国机器人厂商在世界范围内的代表性产品。WalkerX是该系列产品从2016年开始研发的第四次大迭代，2016年的原型机仅可实现全向行走、静态上下等基础功能；而2021年的WalkerX已可实现复杂地形自适应、动态足腿控制、手眼协调操作、U-SLAM视觉导航自主路径规划等多项高级功能，并实现了多模态情感交互及仿人共情表达等多项技术，进步明显。当前Walker已可实现多个下游场景的应用。WalkerX在软硬件方面都实现了较大程度进步。硬件方面，WalkerX通过降低身高，减轻体重增加了稳定性和灵活性，最大行走速度提升至3公里每小时，还可以在行走过程中承受外部冲击时保持平衡。采用了六自由度手掌，每个手指自带力传感器，同时手臂的操作速度提速40%，手臂操作空间增大50%。软件方面，优必选自研的基于多传感器的三维立体视觉定位系统及深度学习算法也能让WalkerX更好地规划路线并实现复杂抓取动作。当前WalkerX已在展馆、人工智能教育基地等多场景应用，未来应用场景有望进一步拓宽。（三）小鹏：整车厂跨界切入人形机器人赛道小鹏于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仿生臂单臂具有7个自由度，重复定位精度0.05mm，单臂最大负载（3kg）/机械臂自重（5Kg自重），负载自重比超0.6，最大末端线速度1m/s。PX5灵巧手单手具有11个自由度，双指保持力1kg，采用刚柔混合驱动方案，提供对不同形状物体的抓取包覆姿态。PX5还实现了驱控一体，单手仅重430g，具备末端触觉感知能力。小鹏机器人具有敏捷的双足和灵巧的双手。（1）机器人具有高稳定性的平衡和行走能力，如在碎石子地或松软的草坪上灵活行走，可以踢足球，抵抗外界冲击，甚至可以灵巧使用平衡车等工具。（2）机器人灵巧手和仿人臂可以完成多种复杂任务，如提起箱子、捏起一支钢笔、端杯倒水，以及使用螺丝刀工作。技术复用是车企跨界进入人形机器人赛道最大的底气与优势。借助小鹏在自动驾驶技术和制造业的领先优势，机器人中心能够加快人形机器人的研发速度。当前小鹏将机器人感知、交互系统同小鹏汽车已经积累的XNGP、XOS拉通，在底层的操作系统、感知能力等实现一定程度的核心技术复用。根据科创板日报，小鹏董事长何小鹏表示“自动驾驶本质上是机器人科学，智能汽车公司最终也会和机器人公司在技术、产品、生态等等方面融合。”（四）智元机器人：技术实力领先的人形机器人新秀智元机器人致力于AI+机器人的融合创新。智元机器人成立于2023年2月，公司于8月发布了其第一代通用型具身智能机器人远征A1，其身高175cm、体重55kg，全身共有49个自由度，最高步速可达7km/h，远征A1整机承重80kg，单臂最大负载5kg。远征A1的部分核心软硬件采取自研形式。远征A1的硬件自研部分主要为PowerFlow关节电机及灵巧手Skillhand。其中PowerFlow使用了准直驱关节方案，实现了低齿槽转矩设计，搭配高力矩透明度行星减速器、共轭同轴双编码器、一体液冷循环散热系统，以及自研的矢量控制驱动器，峰值扭矩超过350NM，而重量仅为1.6KG。灵巧手SkillHand将拥有12个主动自由度和5个被动自由度，所有驱动内置，并集成了基于视觉的指尖传感器，专门面向精密操作。远征A1配备了公司的WorkGPT及具身智脑EI-Brain。与传统AI技术不同，智元的WorkGPT充分应用了语言和图像大模型庞大的先验知识库和强大的通识理解能力，并实现了复杂的语义多级推理能力。智元的具身智脑EI-Brain架构中，把机器人的思维系统分为云端的超脑、端侧的大脑、小脑，以及脑干几层，分别对应机器人任务级、技能级、指令级以及伺服级的能力。并且基于任务数据反馈，EI-Brain具备在机器人任务执行过程中不断自我学习强化的能力。（五）傅利叶智能：自主研发、可商业化落地的人形机器人产品傅利叶智能成立之初就立志做机器人公司。傅利叶智能成立于2015年，其起初在康复领域探索人形机器人雏形，并在2017年发布了首款商业化下肢外骨骼机器人。2023年7月公司发布最新研发的通用人形机器人GR-1，GR-1身高1.65米，体重55公斤，拥有高度仿生的躯干构型和拟人化的运动控制，40个全身自由度，最大关节模组峰值扭矩达300NM，具备快速行走、敏捷避障、稳健上下坡、抗冲击干扰等运动功能，步速可达5公里/时负重50公斤，在工业、康复、居家、科研等多种应用场景中的潜能巨大。傅利叶智能GR-1机器人现已开放预售。（六）宇树科技：全国首台能跑的全尺寸通用人形机器人宇树科技通用人形机器人有望对标特斯拉Optimus。2023年8月15日晚，宇树正式宣布进军通用人形机器人领域，发布其旗下首款人形机器人产品H1。从已公布的数据来看，H1机器人采用轻量化材料设计，身高约180cm，体重约47kg，全身拥有19个自由度。其峰值扭矩密度高达360N.m，配合中空轴线和双编码器，对标特斯拉Optimus人形机器人，公司推出的UnitreeM107关节电机在较多技术参数上都领先于TeslaOptimus的关节电机。宇树H1有望于Q4量产。公司在世界机器人大会上高调宣布将于2023年Q4完成上市量产，当前已开放订货。同时，公司也认为宇树H1为全球最高性价比的通用人形机器人，其零售价将控制在几十万人民币以内。宇树H1有望成为国内第一家完成通用人形机器人商业化的企业。（七）小米：互联网巨头切入人形机器人赛道全栈自研，小米科技生态的又一产物。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。CyberOne身高177CM、体重52KG，是一款真正意义上的全尺寸人形仿生机器人。Cyberone支持多达21个自由度，并能实现各自由度0.5ms级别的实时响应，充分模拟人的各项动作。硬件部分：CyberOne的上肢关节电机为一枚重量仅为500g，而额定输出扭矩高达30Nm的高效电机；CyberOne髋关节主要电机瞬时峰值扭矩可达300Nm，配合自研的人形双足控制算法，行走姿态更加平稳。单手垂直抓握物体重量为1.5kg。软件部分：CyberOne搭载自研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，且实现人物身份识别、手势识别、表情识别。同时其搭载了自研MiAI环境语意识别引擎和MiAI语音情绪识别引擎，能够实现85中环境音识别和6大类45种人类情绪识别。（八）科大讯飞：大模型担当“超脑”，产品实现运动智能和具身智能“星火3.0”大模型赋能人形机器人研发，科大讯飞推出AIBOT“超脑平台”。科大讯飞以星火大模型为基础，提出AIBOT的机器人“超脑平台”，AIBOT机器人超脑平台自2022年1024开发者节发布以来已为工业、教育、服务、特种等领域372家企业提供服务，助力机器人进入高阶的智慧时代。同时，公司以人形机器人为牵引，推进“视觉+语言+动作”在真实场景中的多模态的具身大模型，包括实现机器人对复杂任务的拆解、开放场景中的物体寻找、泛化抓取、仿人走路等，讯飞超脑2030计划：懂知识、善学习、能进化，让机器人走进每个家庭。科大讯飞将机器人发展划分为三个阶段：（1）2022-2023年突破仿生本体技术、多模态感知及表达技术、主动对话技术，代表产品为养成式宠物玩具仿生运动机器狗；（2）2023-2025年突破多传感融合运动控制、多模态场景理解及持续学习、深度知识理解及运用技术，产品目标为实现自适应行走并应用于特定领域；（3）2025-2030年突破复杂场景融合决策及柔性驱动、跨模态融合自主学习、常识推理及联想决策技术，产品目标为机器人懂知识、会学习，并应用于陪伴等场景。大模型助力人形机器实现运动智能和具身智能。科大讯飞1024开发者日上，人形机器人产品正式对外亮相，产品表现出较强的能力：（1）运动智能，机器人在草坪、石板路、塑胶跑道等复杂地形下自适应行走，稳定性强；（2）具身智能，根据自然语言指令，自动拆解任务，并执行相关操作，实现特定任务闭环流。大模型具有多个领域的基础知识、内容生成能力以及零样本/小样本学习能力，解决了人形机器人通用化不足的难题，推动人形机器人产业化渐入佳境。（九）追觅科技：追觅2.0时代，将机器人技术与产业相结合追觅科技定义自己为“广义机器人”公司。追觅科技成立于2017年，自2017年成立以来，追觅主要在智能生活家电领域持续深耕创新，推出了扫地机器人、无线吸尘器、智能洗地机等品类。公司定义的追觅1.0时代是专注智能清洁领域，而追觅2.0时代，追觅希望将机器人技术与产业相结合，应用到农业、医疗、交通等行业，让机器人更加深度地服务家庭和