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人形机器人迎来产业化机会。
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出品 | 科技智谷
自波士顿动力公司发布旗下人形机器人跑酷视频后，人形机器人便一下闯入了大众的视野，随着人形机器人热度的提升，电动汽车巨头特斯拉、国内的手机巨头小米纷纷都推出了自己的人形机器人，而近期国内物流巨头顺丰也不甘寂寞，据CNMO信息，顺丰可能也要进军人形机器人领域。
顺丰控股在接受调研时表示，关于机器人，目前顺丰已经在多个场景应用，例如运筹优化、智慧大脑，无人车也已应用在校园等部分场景，还有无人叉车、无人机。此外，顺丰在仓储的自动化方面有机械臂、AGV等应用，中转场自动化的机器人应用。据顺丰透露，公司会根据机器人设备不同的成熟程度，在运营中适当使用。对于人形机器人，公司没有很大的资本开支投入，还在持续观察中。
从波士顿动力到特斯拉，再到小米、顺丰，人形机器人开始从实验室产品向市场化推进，同时人形机器人也从海外巨头昂贵的玩具开始向国内实用的产品开始探索，国产人形机器人迎来产业化机会。
01
人形机器人拉开产业化序幕
人形机器人起步于 1960 年代后期，以日本的研究成果最为瞩目。1973 年日本早稻田大学的加藤一郎教授研发出世界上第一款人形机器人 WABOT-1，但其运动能力不足，每走一步需要 45 秒钟。1986 年日本本田开始进行人形机器人 ASIMO 的研究，并成功于 2000 年发布第一代机型。相较于 WABOT-1，ASIMO 能跑能走、上下阶梯，在运动能力方面取得较大突破。
进入21世纪后，人形机器人在日美多家企业的大力研发下迅速迭代，并不断取得功能突破。2003 年日本丰田发布第一代仿人类机器人，即“丰田音乐伙伴机器人”，可以实现吹喇叭、拉小提琴等乐器演奏功能。2009 年丰田发布第二代会跑步的人形机器人，在无障碍平面上奔跑速度可达 7km/h。2011 年本田推出的 All-New ASIMO 具备利用传感器避开障碍物等自动判断并行动的能力,还能用五根手指做手语，或将水壶里的水倒入纸杯。至此人形机器人已具备初步的行动能力，逐步向特定场景应用发展。
2016 年美国波士顿动力公司发布双足机器人 Atlas，其特征为具有极强的平衡性和越障能力，能够承担危险环境搜救任务。2017 年本田发布第三代人形机器人 T-HR3，可以模仿远程操纵者动作，并于 2020 年东京奥运会中用于与运动员进行远程交流。2020 年美国敏捷机器人公司成功推出第一款商业化出售的双足机器人 Digit，售价为 25 万美元，其能够在无人干涉的环境下自行选定搬动箱子，适用于物流、仓储、工业等多种应用场景。2021 年日本丰田推出第四代家务机器人 Busboy，能够完成擦地板、拿取玻璃杯等家务活。
人形机器人产业化条件已初步具备是以马斯克于“人工智能日”首次公开展示的特斯拉人形机器人Tesla Bot为标志。从基础功能角度来看，人形机器人已初步具备产业化条件。从通用人形机器人的 L0- L5的发展阶段来看，其正处于 L3 向 L4 阶段迈进的过程。L3 阶段的机器人需要具备感知能力，能利用各种传感器测量环境信息，通过预设程序，进行识别、理解，并反馈预设动作。L3 级别的机器人在架构上至少需要 30 个以上的自由度。L4 阶段的机器人能够通过预设行为和技能模板自主完成任务，不再需要人类的频繁干预。L5 阶段则是理想状态的人形机器人，真正具备人类的思维和创造力。
而从现状来看，人形机器人距离真正产业化仍有一定距离。以日本本田 ASIMO 为例，尽管能跑能跳功能齐全，但 2011 年福岛核电站事故发生后，ASIMO 由于无法为救灾做出贡献而遭到群众对其实用性的质疑，2018 年本田宣布因高成本和低实用价值而放弃对 ASIMO 的研发。同样美国波士顿动力的 Atlas 机器人虽饱受外界关注，但现阶段仍未实现产业化出售。
02
国产人形机器人直面核心
人形机器人产业链主要分为上中下游三部分。具体来看，上游为核心软硬件，硬件主要包括伺服电机、减速器、控制器、传感器等；软件包括机器视觉、人机交互、机器学习、系统控制等；中游则是人形机器人本体制造商，国内包括优必选、北京钢铁科技、国外包括波士顿动力、美国敏捷机器人、日本丰田、本田、特斯拉等。下游目前还未有成熟的商业应用，可能的应用场景包括迎宾接待、展厅引导、高校科研等。
从技术与成本两方面看，核心零部件的重要性尤为突出。一方面，人形机器人技术的本质是 3D 空间中高维度的感知与运动，高性能的核心零部件是实现感知与运动的基础。另一方面，成本上核心零部件也占据重要地位。以传统工业机器人为例，核心零部件占据了工业机器人整机 70%以上的成本，其中减速器占整机成本约 36%，伺服占整机成本约 24%，控制器占整机约 12%。考虑到人形机器人自由度更高，所需零部件更多，其成本占比将会更高。
机器人核心零部件主要包括精密减速机、交流伺服电机、控制器。精密减速器是连接动力源和执行机构的中间机构，具有匹配转速和传递转矩的作用。伺服电机在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。机器人每个关节运动均需靠伺服电机驱动，以实现多自由度的运动。控制器是工业机器人的大脑，对机器人的性能起着决定性的影响。工业机器人控制器主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等。
由于内资品牌在技术储备、产品性能、质量、品类上和国外品牌存在一定的差距，且电机编码器芯片依赖进口，国产伺服电机尚不能完全替代国外品牌，欧美和日系品牌仍然垄断着中高端伺服系统市场。2019 年，松下、安川、三菱三大日系品牌就占据国内伺服系统全部市场份额的约 45%，西门子、博世力士乐、贝加莱等欧美系品牌主要把握高端市场，部分欧美品牌推出中端产品。
随着国内电机制造水平的大幅提升，交流伺服技术也逐渐为越来越多的国内厂家所掌握，同时交流伺服系统上游芯片和各类功率模块的不断进行技术升级，促成了国内伺服驱动器厂家在短短的不足十年时间里实现了从起步到全面扩展的发展态势，这也为国产人形机器人的热闹奠定了基础。
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