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2022年机器人行业深度研究 人形机器人开启智能制造时代 1 人形机器人开启智能制造时代 人形机器人代表着一个国家的高科技发展水平。人形机器人,又称仿人机器人,涉及 控制、规划、机电一体化技术、全方位的 AI 感知技术,移动能力和工作范围,人机交互 等,是一个国家的高科技发展水平的最终体现。 1.1 人形机器人活力四射,发力多领域人工替代 最早的“机器人”概念起源于亚里士多德的设想。1927 年第一个电驱人形机器人 “Televox”诞生于美国西屋。随后美国、日本和欧洲在这一领域广泛布局,促进了人形机器 人的快速发展。在 2000 年,我国也独立研制出具有语言功能的“先行者”号人型机器人。 2023 年随“擎天柱”的诞生,人形机器人或将走入日常生产生活。 群雄并起,逐鹿人形机器人。日韩在人形机器人研究领域表现活跃,日本本田代表产 品 Asimo 身高 1.3m,体重 48kg,具有 57 个自由度,可完成上下楼和奔跑等动作。韩国 KAIST 代表产品 HUBO+身高 1.7m,体重 80kg,具有 32 个自由度,在 2015 年“机器人挑 战赛”中获得冠军。美国在人形机器人领域后来居上,波士顿动力研发的代表产品 Atlas 身 高 1.8m,体重 80kg,具有 28 个关节,可完成原地起跳转身一周等高难度动作。 波士顿动力的人形机器人 Atlas 主要聚焦在科研领域,商业价值低。在波士顿动力优 秀的软硬件配置下,Atlas 能够完成流畅、高难度的“跑酷”动作。硬件结构上,Atlas 拥 有轻量级结构件皮肤和足部力控传感器,雷达与深度相机形成视觉感知,28 个液压关节驱 动完成一系列其敏捷动作,本体搭载 3 台 NUC/工控机负责整体控制系统的运算。软件方 面,波士顿动力运用行为库、实时感知和模型预测控制(MPC)技术将相机、雷达等传感 器接收的数据进行分析并对决策制定和动作规划提供最有效的支持。 国内人形机器人成果喜人。在科研领域,国科大研发的“先行者”机器人可以完成静 态和动态步行动作;哈工大推出的“HIT-III”机器人能完成上、下斜坡等动作;清华大学开 发的“THBIP-II”身高 0.75m,体重 18 kg,具有 24 个自由度;浙江大学研发出会打乒乓球的 “悟”、“空”人形机器人;北理工推出的“汇童”机器人可完成摔倒起立,“摔滚走爬”等动作。 在产业领域,深圳优必选推出的“Walker”机器人能完成上、下台阶等动作。 小米于 2022 年 8 月公布首款全尺寸人形机器人 CyberOne(铁大)。升级后的运动控制 算法支配这机器人全身 13 个关节和 21 个自由度,实现双足运动姿态平衡;电机性能增强 10 倍,髋关节主要电机的动力扭矩峰值可达 300Nm,峰值扭矩密度 96Nm/kg。 AI 算法赋能环境感知,“高情商”展现国内人机交互技术成果。环境感知方面,自研的 Mi-Sense 深度视觉模组+AI 算法帮助 CyberOne 实现对真实世界的三维虚拟重建。情绪感知 上,CyberOne 搭载自研 MiAI 环境语义识别引擎和 MiAI 语音情绪识别引擎,能够实现 85 种环境音识别和 6 大类 45 种人类情绪识别。 人形机器人将对社会变革与发展产生重要影响作用。人形机器人具有与人类相似的躯 干结构与运动能力,使其具有超强环境适应能力,较大工作范围,丰富的动作形态,更高 能量利用效率和出色的人机互动能力,可将人类从低级和高危行业中解放出来,使人类能 够专注于高级智慧活动,从而提升生产力水平和工作效率。 1.2 特斯拉人形机器人正式发布 特斯拉人形机器人“擎天柱”于 2022 年 9 月底亮相。2021 年 8 月,马斯克在特斯拉 年度 AI 开放日上首次公开展示了“擎天柱”的想法。仅过一年时间,“擎天柱”原型机于 9 月 30 日特斯拉 AI Day 发布,硬件方面,“擎天柱”身高 172CM,整体重量 73KG;行走功率 500W,坐下功率 100W,整体参数与 2021 年概念机略有出入(概念机参数:身高 172CM,体重 57KG,负载 20KG,行走速度最高可达每小时 8 公里),我们认为存在进一 步降本空间。 电机驱动上,“擎天柱”拥有 2.3KWH、52V 电压的电池组,内置电子电器元件的一体 单位,支持人形机器人工作一整天;选用 28 个定制关节驱动器,复用汽车动力总成设计经 验,设计 6 种关节驱动器,包括 3 种不同规格的舵机(采用谐波减速器)和 3 种不同规格 的直线执行器(采用永磁电机,可抬动 1.5 吨三角钢琴的),找到成本与效率的最佳组合。 量化人体运动轨迹与关节受力,帮助机器人行动更加灵活。以膝盖为例,特斯拉采用 仿生思维将机器人膝关节构造成四连推杆结构,复用汽车底层技术,将
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