浏览次数：330 发布时间：2024-02-27 09:22:57
1 人形机器人的特性及应用人形机器人是具有与人类似的身体结构和运动方式（双足行走、双手协作等）的智能机器人，是人工智能、高端制造、新材料等先进技术的集大成，有望成为继计算机、智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品。相比一般机器人，人形机器人具有更加复杂的结构、传感、驱动和控制系统，具有类人的感知、决策、行为和交互能力，被誉为人工智能的最终形态。人形机器人可以实现与人工工具和环境的紧密交互，在很大程度上辅助甚至替代人类的生产生活活动。人形机器人按照智能化程度，划分为L0-L5六个层级，目前人形机器人正从L3向L4过渡。L3是具备感知能力，利用传感器获取环境信息，能够自主识别、理解和反馈预设动作。L4是具备一定认知能力，能够通过观察、测量、预设等方式自主推理和完成任务，不需要人的频繁干预。人形机器人将是我国培育新质生产力的重要产业领域，赋能新型工业化和新生活方式，支撑现代化产业体系建设。目前人形机器人主要应用于协助科学研究、个人护理、教育、社交等领域，部分机型已实现商业化，执行如家庭服务、医疗护理、生产制造等场景中的简单任务。从全球来看，人形机器人的市场需求潜力巨大，未来在智能制造、智能服务、人机协作等方面都将有广阔的应用场景。马斯克称特斯拉的长期价值将主要来自人形机器人，并预测人形机器人需求将达到100-200亿台。
2 人形机器人的产业链分析相比一般机器人，人形机器人在核心部件构成上也差不多，结合双足行走、双手协作等要求的提高，人形机器人的构造也更加复杂。比如由特斯拉设计的第二代擎天柱机器人，搭载了更高精度的执行器与传感器、2自由度驱动颈部、响应更快的11自由度灵巧手、触觉传感器（十指）、执行器集成电子和线束、足部力/扭矩传感器、铰接式脚趾等。
从产业链构成看，人形机器人主要分为上游的核心部件和功能部件、中游的系统集成和机器人本体制造、下游的终端产品和系统应用。中游是将上游部件集成为子系统，结合不同的机械结构形成不同类型的机器人本体；下游是将机器人本体与集成系统相结合，形成面向不同应用场景的终端产品。
从技术方面看，人形机器人主要包含四大核心模块：感知系统、智能AI系统、运动控制系统、结构单元。感知系统：相当于人类的感觉器官，负责数据采集与环境认知，主要涉及（视觉、声音、雷达、压感、光感）传感器和压电元件等。智能AI系统：包括负责数据处理的存储器、智能芯片和操作系统等，相当于人体的大脑、小脑和神经元，涉及软件算法、控制器、以太网、高速连接器等，负责驱动机器人的执行器实现所需的动作和任务。运动控制系统：包括能量管理系统和动作执行系统（减速器、伺服电机、控制器、丝杆等），相当于人类的四肢，根据智能AI系统中决策层给出的指令做出相应动作。结构单元：包括用以支撑机器人形体的轻量化铝合金、耐磨损碳纤维结构件，相当于人体骨骼；用以包覆的工程塑料和树脂材料，相当于人体皮肤；用以保护缓冲内部器件的聚氨酯填充材料，相当于人体腹膜。
我国近期发布的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，将人形机器人作为创新标志性产品的第一位，提出要突破机器人高转矩密度伺服电机、高动态运动规划与控制、仿生感知与认知、智能灵巧手、电子皮肤等核心技术，重点推进智能制造、家庭服务、特殊环境作业等领域产品的研制及应用。人形机器人有望成为引领科技创新浪潮的下一个现象级消费电子产品，为园区发展带来广泛的产业机会。
1、人工智能
关键技术主要涉及两方面：一是基于人工智能大模型的人形机器人“大脑”，增强环境感知、行为控制、人机交互能力；二是控制人形机器人运动的“小脑”，开发运动控制算法库，建立网络控制系统架构。
AI大模型的加速应用将提升人形机器人的智能化进程，语言大模型能够实现近似人一样的自然语言交互，多模态大模型则能极大增强人形机器人的视觉，能够实现近似人一样的环境交互。谷歌、微软、英伟达、Meta等科技巨头纷纷加入这条技术路线的探索，开发相关软件算法。
相关的硬科技涉及AI处理器芯片、储存器等。AI处理器芯片可以支持深度神经网络的学习和加速计算，相比于GPU和CPU拥有成倍的性能提升。
2、精密机械
关键技术主要涉及两方面：一是“机器肢”关键技术群，包括仿人机械臂、灵巧手和腿足；二是“机器体”关键技术群，需要突破轻量化骨骼、高强度本体结构、高精度传感等技术。
人形机器人的精密机械系统中比较多是各类关节，包括线性关节、旋转关节和球形关节等。每个关节都有着精密的机械结构，比如旋转关节由无框电机、谐波减速器、双编码器、力矩传感器、角接触轴承交叉滚子轴承等构成。
精密机械系统中使用最多的是各类精密减速器，作为人形机器人的精密传动装置，通常1:1配合电机使用。由于人形机器人结构更接近人形，每个关节受力更加复杂，对减速器负载和电机响应速度要求更高。
3、感知设备
人形机器人的感知设备主要是具有不同功能的各种传感器，可分为内部传感器和外部传感器，内部传感器是用来检测机器人本身状态的传感器，外部传感器是用来检测外部环境及状况的传感器。其中最重要的是视觉传感器和触觉传感器。
机器视觉的关键技术是各类视觉传感器，用于环境感知、物体的识别与跟踪、面部表情和肢体动作抓取等，视觉传感器包括3D视觉传感器、多模态相机、激光雷达、多目视觉等。3D视觉传感器主要由深度引擎芯片、光学成像模组、激光投影模组以及其他电子器件、结构件等构成。
电子皮肤的关键技术是各类柔性触觉传感器，能够实现与环境接触力、温度、湿度、震动、材质、软硬等特性的检测，帮助人形机器人直接感知外部环境。柔性触觉传感器的关键技术包括材料技术和加工工艺，PEEK材料已成为开发柔性触觉传感器的重要材料。
4、终端产品
从终端产品看，人形机器人当前并未形成产业化，大多数产品处于技术研发和产品迭代阶段，目前特斯拉的擎天柱机器人产品单台成本在10万美元左右。少部分产品从特定功能需求出发实现了一定程度的落地，比如优必选推出教育智能编程机器人Jimu、商用服务机器人Cruzr等产品。
人形机器人的终端产品涉及通用整机平台制造以及结合下游应用场景的数据融合，从国家政策看重点鼓励特种领域、制造业场景、民生及重点行业三类方向。特种环境应用面向恶劣条件、危险场景作业等需求；制造业场景聚焦3C、汽车等制造业重点领域，打造人形机器人示范产线和工厂；民生及重点行业涉及医疗、家政等民生领域，农业、物流等重点行业。
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