人形机器人全景分析，读这一篇就够了！
作者：田真
人形机器人是当今世界科技领域最具潜力和前景的产业之一。随着科技的不断进步和人工智能技术的快速发展，人形机器人作为未来产业的新赛道和经济增长的新引擎，将深刻变革人类生产生活方式，重塑全球产业发展格局。
通过本文，详述人形机器人的定义、分类、发展历程、产业链、相关政策、代表企业、市场前景等。了解人形机器人，读这一篇就够了！
定义
人形机器人是一种仿生机器人，指形状及尺寸与人体相似，能够模仿人类运动、表情、互动及动作的机器人，并具有一定程度的认知和决策智能。人形机器人建立在多学科基础之上，集成人工智能、高端制造、新材料等先进技术，来实现拟人化的功能，环境适应更通用、任务操作更多元、人机交互更亲和，是有望成为继计算机、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，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。
人形机器人相比其他机器人，对智能感知、运动控制、智能决策、人机交互的综合能力要求更高，具体包括：
1.智能感知方面：需要配备多种传感器，能够感知非结构化场景并根据不同情况做出相应反应。
2.运动控制方面：需要人形机器人具备高度的精确性和灵敏度、良好的稳定性和平衡控制能力，精确地模仿人类的行走、跑步、抓取等动作，实时响应各种传感器的输入和环境变化。
3.智能决策方面：可通过人工智能技术，根据环境、任务和目标等信息，自主地做出最优的决策，以实现自主导航、任务执行、人机交互等功能，需要高效的算法和强大的计算能力，以处理大量的信息和数据。
4.人机交互方面：需要对自然语言进行识别与处理，以便机器人能够理解用户的指令、问题或指导，需要具备情感识别技术，识别用户情感状态，提供更人性化的互动体验。此外，对手势与动作的识别、多模态交互等方面也有着较高的要求。
分类
根据人形机器人的形态，可以将其分为轮式人形机器人、足式人形机器人、全能型人形机器人，各类型人形机器人产品介绍如下：
发展历程
从15世纪达芬奇绘制出世界上第一份人形机器人手稿，到1973年早稻田大学研发出的世界第一款人形机器人WABOT-1，再到特斯拉0ptimus引发对人形机器人产业化、商业化的探索，人形机器人产业从萌芽概念阶段已经进入产业化落地前期。
海外人形机器人概念萌芽较早，以技术导向为主，较于海外，国内以应用突破方向为主，随着国内人工智能、高端制造、新材料等先进技术的继续积累与突破，2023年国内人形机器人进入集中爆发期，大批厂商推出自身人形机器人产品并尝试应用于服务、汽车等场景，逐步探索商业化落地。
相关政策
目前国家层面以工信部为主导对人形机器人产业发展明确了市场发展的战略目标，2025年整机产品实现批量生产，2027年产业规模化发展，深度融入实体经济，推动人形机器人产品规模化落地。
北京、上海、深圳等地方政府积极跟进，相继推出了人形机器人发展相关政策，制定了发展路径及相应保障措施，以推动人形机器人产业创新发展，实现产业聚集，抢占人形机器人产业化机遇。
产业链分析
人形机器人产业链主要由上游零部件、中游人形机器人本体及下游终端应用等环节组成。目前，由于人形机器人尚未在下游终端应用领域实现规模化商业落地，且部分核心零部件在人形机器人领域的应用尚未得到充分验证。因此，我国人形机器人供应链仍处于持续构建中，随着人形机器人创新体系的逐步建立，“大脑、小脑、肢体”等一批关键技术的持续突破，我国将有望逐步形成高效可靠的人形机器人产业链、供应链体系。
1、上游核心零部件分析
人形机器人的上游包括减速器、电机、丝杠、控制器、传感器等硬件部分，以及软件系统部分。在整条产业链中，从长期来看，最具价值的部分在于软件部分，即能够自研或掌握运动控制、人工智能算法等核心技术者，将掌控人形机器人的中枢与大脑，某种程度上将有望在技术层面主导人形机器人的发展方向和发展节奏；从当下看，价值占比高、增量空间大的主要是传感器、减速器、电机、丝杠等核心零部件。
1.减速器：减速器在人形机器人中起到降低电机转速并增加输出扭矩的作用，这对于提高机器人关节的力矩输出和运动精度至关重要。减速器能够使电机在高转速下运行，同时确保关节运动的平稳性和精确性。主要应用RV减速器、谐波减速器、行星减速器。
国产谐波减速器在性能与可靠性方面已初步达到国际主流水平，替代相对明显。由于RV减速器产品结构和技术工艺较复杂，核心技术尚未完全掌握，国产RV减速器与国外先进水平仍有差距。国产行星减速器主要聚焦于中低端应用领域，在高端精密行星减速器领域外资厂商依然占据主要市场份额。
2.电机：为人形机器人提供动力，使得机器人的关节和执行器能够进行运动。电机的性能直接影响到人形机器人的运动速度、精度、稳定性和效率。
3.丝杠：将电机的旋转运动转化为直线运动，包括梯形丝杠滚珠丝杠和行星滚柱丝杠。丝杠在人形机器人中的应用部位主要包括灵巧手、线性执行器等，它们需要精确的直线运动来实现精细的操作和控制。
4.控制器：控制器是人形机器人的“大脑”，负责机器人的运动控制和行为决策。它包括计算机、控制芯片和通信模块等，通常由本体集成厂商自主研发。控制器的优劣某种程度上可以反映出厂商核心竞争力的高低，因为它搭载了很多核心的软件算法，这些软件算法属于产品的核心竞争力。
5.传感器：传感器是人形机器人感知外界环境的关键部件，它们使得机器人能够理解和响应其所处的物理世界。传感器为控制和执行提供实时反馈，是软件控制和硬件零部件的桥梁，也是实现具身智能的关键。
人形机器人中应用最多的为力矩传感器。根据传感器的作用，一般将传感器分为内部传感器和外部传感器。内部传感器(体内传感器)主要测量机器人内部系统状态；外部传感器(检测外部环境传感器)安装在机械手或移动机器人上，主要测量机器人外界周围环境。按照检测方法分类，可以将传感器分为光学、机械、超声波、电阻、半导体、电容、气压等的传感器。特斯拉Optimus机器人中，包含了40个力矩传感器和3个视觉传感器，传感器占整体价值量的比例高达19%。
国外企业具有先发优势，中国公司加速追赶。受益于机器人市场需求催化，中国六维力/力矩传感器市场近年来入局者逐年增加，维科技、鑫精诚、宇立仪器、蓝点触控等国内企业先后进入该领域，并在机器人、汽车、3C等应用领域上占据了一席之地。ATI、SCHUNK等海外企业作为全球龙头，积累多年，仍旧有明显的领先优势。
6.动力电池：动力电池是为人形机器人提供所需能量的关键部件，它直接影响到机器人的性能、续航能力、安全性以及成本等方面。动力电池的性能决定了机器人的运行时间、工作效率和整体性能。随着电池技术的发展，特别是锂电池技术的进步，动力电池的能量密度、循环寿命和安全性都在不断提高。未来，随着新材料和新技术的应用，如固态电池等，动力电池的性能有望进一步提升，为人形机器人提供更长的续航时间和更高的安全性。
宁德时代市占率较高，内资厂商成为全球锂电池市场主力。根据SNE数据显示，全球范围内，从各电池厂商的出货量来看，宁德时代、LG新能源、比亚迪、松下、三星SDI占据前五位置。
7.驱动器：也称为执行器，是人形机器人运动的关键部件，负责将电能转化为机械能，驱动机器人的关节和肢体进行运动。它通常由电机、减速器、编码器、伺服驱动和控制软件等组成，是影响机器人硬件成本和运动性能的关键部分。
8.轴承
精密滚动轴承为机器人执行系统关键零部件，对机器人减速器的承载能力、回转精度、运转平稳性、重复定位精度等性能起到重要作用。精密轴承具有轻量化、高精度、良好的旋转精度和可靠性等特点，满足机器人精密减速器苛刻的性能要求。机器人轴承普遍安装在有限的空间，必须体积小、重量轻，也就是轻量化。但同时，机器人的高载荷、高回转精度、高运转平稳性、高定位速度、高重复定位精度、长寿命、高可靠性的性能，要求配套的机器人轴承必须具备高承载能力、高精度、高刚度、低摩擦力矩长寿命、高可靠性的性能。
9.软件算法
人形机器人软件主要应用于两个部分：一是基于人工智能大模型的人形机器人“大脑”，主要体现在环境感知、行为控制、人机交互等方面；二是控制人形机器人运动的“小脑”，主要体现在其运动控制算法和网络控制系统架构。从算法库的搭建、运动控制系统的构建操作系统到底层设备，人形机器人的系统架构如下所示：
2、中游人形机器人本体发展分析
人形机器人本体设计、制造与集成是产业链的核心环节，是人形机器人产业化、商业化的关键。当前，人形机器人本体行业处于产业化发展前期，行业对于人形机器人本体的战略意义已有共识，但其大规模商业化落地的路径仍未真正走通，人形机器人本体行业仍处于探索阶段，从零部件的选用、软件系统的开发、本体的设计到场景的聚焦，各类人形机器人方案不断地迭代、创新，人形机器人产业“0-1”拐点有望提前到来。
当前，市场人形机器人本体玩家，根据其原有属性大致可分为专业机器人企业、新能源汽车企业、互联网企业和科研院所及孵化企业四类，各类型人形机器人代表企业如下:
3、下游应用场景分析
根据应用场景，可以将人形机器人分为医疗型人形机器人、军事型人形机器人、教育型人形机器人、娱乐型人形机器人、服务型人形机器人、工业型人形机器人、通用型人形机器人，各类型介绍如下:
1.工业制造场景
-需求：人机协作，在生产制造环境中进行更柔性及灵巧的操作工作，同时反哺工厂智能生产线改造。
-场景：汽车制造作为首要落地场景，质量检测、零部件组装为明确需求场景。工厂环境相对可控且规模化标准高，有助于人形机器人更好地训练协调控制能力以及算法优化。
2.极端作业/特殊作业场景
-需求：替代人工在危险/恶劣环境下执行任务，如搜救、排爆、灾难响应等。
-场景：能源化工，灾害救援、水下/太空、军事作业等。人形机器人相关协调控制、智能分析、高强度材料等技术提升。
3.商用及家用服务场景
-商用服务：
-需求：人机互动、咨询、引导、接待、娱乐、教育等。
-场景：零售快消、酒店旅游、教育服务等商用服务场景，部分细分应用如展览讲解及科研教育已落地，其余场景应用还需发展。
-家用服务：
-需求：全能家庭管家，承担陪伴、家务管理、教育等任务。
-场景：家庭陪伴、家务服务、康健等。人形机器人整体交互性以及灵活性大幅提升、情感分析更贴合家庭场景、适应多种非标准化场景、且社会接受度大幅提升。
中国大多数企业认为制造业能够率先真正实现人形机器人商业化落地。汽车制造场景有望率先落地，质量检测及零部件组装为明确需求场景。最终实现家庭服务应用场景。
主流厂商
国内外主要机器人情况
1Xtechnologies
1Xtechnologies前身为llalodiRobotics，成立于2014年，是挪威一家专注于开发具有高度灵活性和可扩展性的人形机器人公司。1XTeclnoloeies的旗舰产品是EVE，一款拥有两臂、两眼和四轮底盘的机器人，可以在各种环境中执行多种任务，如巡逻、监控、搬运等目前IXTechnologies还在研发一款名为NEO的双足机器人，相比于EVE，其智能化水平更高，具备自主学习、AI导航等功能，预计将在2023年底开启预订。
特斯拉
2021年马斯克在首届特斯拉人工智能日(AIDAY)上首次发布特斯拉人形机器人(TeslaBot)计划代号“擎天柱"(0ptimus)。202年原型机亮相，特斯拉强势入局带动国内企业加速入场。2023年特斯拉发布0ptimus·Gen2演示视频，其运动能力、平衡性与感知能力进一步提升，能够实现二指拿鸡蛋等动作，指尖触觉传感器与足部力传感器的应用成为核心亮点。特斯拉人形机器人目前放在特斯拉汽车工厂进行实用性测试优化，马斯克在2023第四季度业绩交流会提出2025年实现人形机器人部分交付，将持续推动商业化落地。
Bostondynamics
BostonDynamics成立于1992年，是美国一家工程和机器人设计公司，是从麻省理工学院分拆出来的，曾服务于美国军方机构。2013、2017以及2021年公司先后被谷歌、软银以及现代汽车收购。机器狗Spot商业化初显成效，2020年公司旗下Spot以7.45万美元开售，开始初步商业化尝试。Spot已有超过1000台销往了35个国家，主要被应用于制造业、电力和公用事业、采矿、石油和天然气等领域。两足机器人Atlas为高动态机器人领军代表，Atas于2013年首次亮相，其功能发展迅速。2017年Adas已经可以学会台阶之间跳跃以及后空翻；2018年A1las学会了跑步，能够边跑边越过障碍物、跃上台阶；2019年Atas掌握“体操”技巧，能够连续的跳跃、翻滚、倒立；2023年Atlas在最新视频中展现出了其手部灵活性(能抓能扔)。
AgilityRobotics
AgilityRobotics成立于2015年，是美国一家致力于制造行走机器人的公司，其目前的业务重心是卸载货车、搬运箱子、管理货架等仓储工作。2016年AgilityRobotics发布名为Cassie的动态步行机器人，可以穿越崎岖地形并越过障碍物；2019年推出双足机器人Digit。2020年福特公司接收了第一批下线的两台Digit机器人。
料来源:AgilityRobotics官网，华西证券研究所
小米
小米推出机器人“铁大”，成本较高尚无法量产。2022年8月，小米发布公司首个全尺寸人形仿生机器人cyber0ne。cyberOne高177厘米,重52kg，自由度21个。cyber0ne配备Mi-Sense视觉空间系统模块，8米内深度信息精度达1%;可识别85种环境语义和6类45种人类情感。雷军表示，铁大还需要漫长时间去学习完善，目前一台机器人的成本高达六七十万，尚无法量产。
优必选
优必选科技人形机器人产品五年四次迭代。2016年，优必选发布双足仿人服务机器人原型机，经历五年四次迭代，在2021年推出最新人形服务机器人产品Walkerx。Walkerx高130厘米，重63kg，自由度41个，能够实现复杂地形自适应平稳快速行走，具备多模态情感交互仿人共情表达能力。优必选CTO熊友军表示，Walker正按照规划推进商业化应用，最终的目标是走入家庭。
傅利叶
傅利叶是国内头部康复机器人企业。傅利叶推出第一款通用人形机器人GR-1，将于23年底量产。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，GR-1高165厘米，重55kg，全身自由度达40个。傅利叶创始人顾捷表示GR-1将在2023年底正式量产发售。
智元
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。
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，全身搭载了包含谐波一体关节、行星伺服、直线驱动器、空心杯电机等在内的49个各类执行器，承重80kg，单臂最大负载5kg。搭载RGBD相机、激光雷达、IMU、麦克风阵列等，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。
大象机器人
作为轮式人形机器人开拓者，大象机器人公司首款轮式人形机器人水星MercuryX1目前已实现批量生产，完成上百台的订单交付。未来规划推出X323两款轮式人形机器人，将具备灵活的机械结构，强大的机器性能和更便捷智能的部署、开发方式，通过稳定高效的轮式设计结合成熟的双臂+视觉应用，带来全新改变。
宇树科技
宇树成立于2016年8月，是专注于消费级、行业级高性能四足机器人，灵巧六轴机械臂等研发、生产及销售。
2023年8月发布人形机器人H1，身高180cm，体重47kg，步行速度>1.5m/s，潜在运动能力>5m/s。自由度:单腿5(髋*3+膝*1+踝*1)*2+单臂4*2+灵巧手选配(在研)。搭配自研M107关节电机，峰值扭矩密度89Nm/kg，最大关节扭矩360Nm，采用中空走线。
达闼科技
达闼机器人成立于2015年，总部位于上海。主要产品包括云端智能机器人开发平台，以CloudGinger为代表的人形服务云端机器人，按实际应用可分为配送、巡逻递送、清洁、售货等多功能型云端机器人；主要用于酒店、学校、商超、产业园区等生活场景。
科大讯飞
2023年的科大讯飞1024全球开发者节上，公司发布星火认知大模型V3.0，以及大模型+具身智能的人形机器人。基于AIBOT开发，具备复杂地形行走、开放场景寻物、复杂任务拆解等一系列高阶能力。未来将以人形机器人为牵引，推动“视觉-语言-动作”多模态具身大模型，助力机器人脑力升级。
市场分析
机器人整个大行业的市场规模在持续增长。根据中国电子学会组织编写的《中国机器人产业发展报告(2022年)》，预计到2024年全球机器人市场规模将有望突破650亿美元，同比增长12%；其中2024年工业机器人市场达230亿美元，同比增长10%；服务机器人市场达290亿美元，同比增长16%；特种机器人市场达140亿美元，同比增长16.7%。
预计人形机器人的增速将大幅快于机器人行业的整体增速。根据StratisticsMRC的数据，2021年全球人形机器人的市场规模为15亿美元，预计到2028年将达到264亿美元，2021-2028年的CAGR达50.5%；其中，分领域来看，StratisticsMRC预计教育和娱乐领域的人形机器人复合增速最快，医疗保健领域占据最大的市场份额；分地区来看，StratisticsMRC预计亚太地区的复合增速最快，北美地区的份额最高。
2023年开始人形机器人市场投资热度高涨，但基本处于早期阶段，天使轮和A轮企业较核心零部件是投资的热点；区域上以广东居首、上海和江苏其次；从投资企业上看，目前仍然是以投资机构的投资为主。
根据M2觅途咨询初步统计，全国人形机器人相关企业约150家，其中55家集中在广东省，北京16家、江苏15家、上海12家，其他区城分布相对较少。
