人形机器人发展与展望：天工人巧日争新

（报告出品方/作者：民生证券，李哲、罗松、占豪）

2023年5月特斯拉展示了Tesla Bot人形机器人“擎天柱”（ Optimus ）的全新型号。该款人形机器人不仅会模仿人类动作，还可以完成物品 分类、抓力控制等更复杂的任务。该款人形机器人结合了特斯拉的AI技术，即基于视觉神经网络神经系统预测能力的自动驾驶技术，具有极强 算力的DOJO D1超级计算机芯片，Dojo 架构拥有一个大规模计算平面，极高宽带和低延迟。 作为 Dojo 架构的重要组成部分，D1 芯片采用 7 纳米制造工艺，处理能力为每秒 1024 亿次。由于每个D1芯片之间都是无缝连接在一起，相 邻芯片之间的延迟极低，训练模块最大程度上实现了带宽的保留，配合特斯拉自创的高带宽、低延迟的连接器，算力高达9PFLOPs（9000万亿 次）。

优必选科技在2012年成立前就开始投入人形机器人的研发，至今已超过11年。2016年优必选搭建Walker原型机， 2018年发布第一代大型双 足仿人服务机器人Walker，迄今已经过四次迭代，2021年发布人形服务机器人Walker X。 Walker X身高130cm、体重63kg，具有41个高性能伺服驱动关节，能够进行类人步态行走，最高时速为3km/h ；面部160°环绕4.6K高清双 柔性曲面屏，灵动酷炫的四维灯语体系；机器人的头部、手掌、电池都可以快速拆卸和组装，实现了“模块化” ；配备便捷可拆卸电池。

8月16日至22日，达闼人形双足机器人XR4“七仙女”亮相2023世界机器人大会，这款人形双足机器人由达闼全栈自研，搭载海睿云端大脑操 作系统，集成了多模态大模型RobortGPT，拥有接近人类的智慧，使其成为“具身智能”的代表之作。同时，“七仙女”还创新性的引入了并 联驱动结构的智能柔性关节技术，通过基于标准化、模块化、高产量、低成本的智能柔性关节SCA，解决了人形双足机器人关键零部件“卡脖 子”问题。 “七仙女”支持实时接入达闼云端大脑，通过多模态大模型RobotGPT赋能，具备多模态融合感知、认知、决策和行为生成能力，实现高性能 的具身智能，以接近人类智慧的能力开展工作；基于数字孪生的深度强化学习完成自主智能训练，生成机器人多种步态和动作，实现平衡站立 、优美步态、灵巧双臂和双手操作。

8月15日晚，宇树正式宣布进军通用人形机器人领域，发布旗下首款通用人形机器人产品H1。从已公 布的数据来看，H1人形机器人采用轻量化材料设计，整体重量只有47kg，整身拥有19个自由度，行 走姿态轻盈稳健，尤为突出的H1腿部关节电机部分，峰值扭矩达到了360N·m，并且配合中空轴线和 双编码器。 据宇树研发工程师透露，为适配大负载，高密度，大功率的需要，宇树专门为H1人形机器人设计了扭 矩密度更高的M107关节电机。

8月18日，智元机器人举办发布会，稚晖君与团队一起发布了人形双足机器人远征A1。 远征A1身高175cm，重量53kg，最高步速可达7km/h，全身49个自由度，整机承重80kg，单臂最大负载5kg。不仅在形态上与人类相 似，远征A1更在双足行走、智能任务、人机互动等领域展现出业界领先的能力。 “远征A1是智元的第一代通用型具身智能机器人，未来可在各种复杂场景下自主完成移动和操作任务。我们致力于将先进的机器人和AI 技术与人类生活以及生产制造紧密结合，让机器人成为人类的得力助手。”智元公司的联合创始人稚晖君在发布会上表示。 智元自研的PowerFlow使用准直驱关节方案，实现了低齿槽转矩设计，搭配10速比以内的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。

2023年3月28日，追觅通用人形机器人首次亮相。 智能算法方面，追觅科技突破SLAM、ToF激光雷达、结构光等算法核心技术，增强了场景识别和语义理解能力。同时，得益于追觅科技在扫 地机器人上拥有丰富的目标检测与识别、多传感器感知融合处理策略、导航定位及地图管理与应用经验，包括地图语义理解自动分割、航点导 航等技术，在智能送餐机器人、无线泳池清洁机器人、四足机器狗及通用人形机器人研发过程中，实现了高效技术复用。 电机方面，追觅科技具有伺服电机自主设计开发以及生产制造能力。据介绍，追觅科技自研伺服电机内含60多个零件，集成了电机、驱动器、 减速器及双编码器，其中减速器部分采用高强度铬钢，主体结构部分采用铝合金和镁合金，最大输出力矩可达32Nm，最大转速220RPM，力 矩带宽＞1kHz，具备快速响应能力，能够实现对机器人关节力度和精度的精准控制。

傅利叶是国内康复机器人头部企业。  目前，傅利叶智能在康复机器人领域的产品矩阵已经基本成型，包括上肢、下肢、运动与平衡以及物理治疗；自主研发的ArmMotus™ EMU三维 上肢康复机器人、ExoMotus ™下肢康复机器人、运动与平衡训练系统、物理因子治疗系列等产品，针对身体不同部位，融合多种康复类型，提供 从急性期、稳定期到恢复期的全周期同质化康复治疗，显著提升康复效率。 7月6日，2023世界人工智能大会开幕式上，傅利叶智能在重大创新成果首秀环节发布了最新研发的一款通用人形机器人GR-1。

7月29日，谷歌旗下的AI研究机构DeepMind发布了RT-2。RT-2表明，将视觉语言模型(VLM)预训练与机器人数据相结合，可以将视觉语言模 型(VLM)转化为强大的视觉语言动作(VLA)模型，从而直接控制机器人。 通过基于PaLM-E和PaLI-X的两个VLAs实例，RT-2产生了高度改进的机器人策略，更重要的是，从网络规模的视觉语言预训练中继承了显著 更好的泛化性能和应急能力。 RT-2不仅是对现有VLM模型的简单有效的修改，该甚至机器人可以推理，解决问题，并解释在现实世界中执行各种任务的信息。

2023年7月，李飞飞团队发布具身智能研究成果，大模型接入机器人，把复杂指令转化成具体行动规划，无需额外数据和训练。RT-2不仅是对 现有VLM模型的简单有效的修改，而且还显示了构建通用物理机器人的承诺，该机器人可以推理，解决问题，并解释在现实世界中执行各种任 务的信息。 根据RGB-D对环境的观察和语言指令，LLM生成与VLM交互的代码，以生成基于机器人观察空间的一系列3D功能图和约束图(统称为值图)(a)。 然后，合成的值图作为运动规划者合成机器人操作轨迹的目标函数(b)。整个过程不涉及任何额外的训练。

8月22日，智元人形机器人远征A1。AgiROS是智元自研的一套机器人运行时中间件系统AgiROS秉持轻量、易用、高性能、高扩展性等原则， 遵循现代的开发范式，提供多种语言的接口，以插件形式兼容主流生态，包括ROS、ROS2等机器人开发生态、GRPC、HTTP等云服务生态。智元的具身智脑El-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，El-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。 与传统Al技术不同，智元的Work-GPT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，即“思维链”。

力传感器可分为一维传感器和多维传感器，根据感力原件的不同，传感器主要分为三类：应变式力传感器、光学式传感器以及压电式力传感 器。 力传感器是机械、电子、算法、计量融合的复杂交叉学科，技术壁垒较高。多维力传感器能够实现更精细的工作需求。利用传感器的路径记录 功能，操作员可以简单地抓住臂端装置并进行预期的移动。传感器记录操作员施加的力和方向，然后机器人就可以重复操作员的动作。这将极 大地提高工作效率，同时将有助于保障操作工人的安全。 力传感器的重要部件包含弹性体和应变片，弹性体制造质量直接影响到传感器的测试性能指标，因此，弹性体的制造是力传感器生产的重要环 节。力传感器的生产流程主要包含弹性体加工及后处理工艺。

机器视觉系统是指用计算机来实现人的视觉功能，即用计算机来实现对客观的三维世界的识别。 当前主流的的视觉方案分为飞行时间（TOF）法、立体视觉法、结构光法。综合分析特斯拉、优必选、小米、波士顿动力，综合本与性能考 虑，目前人形机器人中主要采用 TOF 法与立体视觉法。 视觉传感器分为消费级与工业级，不同情形下单价有差异。消费级 3D 视觉方案对于精度的要求更低，对成本的控制更为严格。工业级机器视 觉由于各厂商内部情况和应用场景不同，定制化程度更高， 对技术、精度、稳定性等的要求也更高，工业中的机器视觉单元主要由工业相机、 图像采集卡、图像处理器构成。

一个 IMU 通常包含三个轴向的陀螺和三个轴向的加速度计，以测量物体在三维空间中的角速率和加速度。 IMU 传感器：人形机器人借助实现定位、平衡及姿态检测。目前人形机器人中需要采用IMU惯性传感器。根据精度要求，IMU 可分为消费 级、工业级、战术级，根据原理的不同也可分为 MEMS IMU，光纤 IMU，其中自动驾驶或人形机器人一般采用工业级的 MMES IMU 即可， 价格带在数百元至数千元。 IMU 难点主要在解决误差和提高精度。MEMS IMU 的误差一是来源于惯性传感器自身的误差，二是 IMU 在集成过程中产生的误差。而上述 两种误差又可分为系统误差和随机误差。

谐波减速器是人形机器人的重要核心零部件。减速器是常用作原动件与工作件之间的减速传动装置，在二者之间起到匹配转速、传递扭矩的作用， 常见的有RV减速机、谐波减速机等。由于谐波减速器具有体积小、重量轻的优点，因此是人形机器人的优质选择。 国产替代持续进行，哈默纳科仍是国内市占第一。哈默纳科在全球范围内谐波减速器领域处于市场主导地位，依靠长期的研发技术积累、规模化的 生产能力、稳定的产品质量和性能持续保持竞争力。但近年来，随着国内谐波减速器技术的突破，国产化进程不断推进，2021年国内市场占有率已 经超过45%，未来有望继续提高。

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