2023年被稱為“AI元年”，2024年被眾多媒體稱為“人形機(jī)器人元年”。2023年，以特斯拉為代表的國際大廠人形機(jī)器人產(chǎn)品不斷突破，國內(nèi)也有超過10家廠商發(fā)布人形機(jī)器人相關(guān)產(chǎn)品。2023年11月，工信部發(fā)布《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》提出，到2025年我國要初步建立人形機(jī)器人創(chuàng)新體系，突破“大腦、小腦、肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)，拓展特種、制造、民生服務(wù)等場景應(yīng)用，孕育一批新業(yè)務(wù)、新模式、新業(yè)態(tài)。人形機(jī)器人將成為未來產(chǎn)業(yè)與園區(qū)運(yùn)營的重要方向。
一、人形機(jī)器人的特性及應(yīng)用
人形機(jī)器人是具有與人類似的身體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方式（雙足行走、雙手協(xié)作等）的智能機(jī)器人，是人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)的集大成，有望成為繼計算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品。
相比一般機(jī)器人，人形機(jī)器人具有更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、傳感、驅(qū)動和控制系統(tǒng)，具有類人的感知、決策、行為和交互能力，被譽(yù)為人工智能的最終形態(tài)。人形機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)與人工工具和環(huán)境的緊密交互，在很大程度上輔助甚至替代人類的生產(chǎn)生活活動。
人形機(jī)器人按照智能化程度，劃分為L0-L5六個層級，目前人形機(jī)器人正從L3向L4過渡。L3是具備感知能力，利用傳感器獲取環(huán)境信息，能夠自主識別、理解和反饋預(yù)設(shè)動作。L4是具備一定認(rèn)知能力，能夠通過觀察、測量、預(yù)設(shè)等方式自主推理和完成任務(wù)，不需要人的頻繁干預(yù)。
人形機(jī)器人將是我國培育新質(zhì)生產(chǎn)力的重要產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，賦能新型工業(yè)化和新生活方式，支撐現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)。目前人形機(jī)器人主要應(yīng)用于協(xié)助科學(xué)研究、個人護(hù)理、教育、社交等領(lǐng)域，部分機(jī)型已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，執(zhí)行如家庭服務(wù)、醫(yī)療護(hù)理、生產(chǎn)制造等場景中的簡單任務(wù)。
從全球來看，人形機(jī)器人的市場需求潛力巨大，未來在智能制造、智能服務(wù)、人機(jī)協(xié)作等方面都將有廣闊的應(yīng)用場景。馬斯克稱特斯拉的長期價值將主要來自人形機(jī)器人，并預(yù)測人形機(jī)器人需求將達(dá)到100-200億臺。
二、人形機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)鏈分析
相比一般機(jī)器人，人形機(jī)器人在核心部件構(gòu)成上也差不多，結(jié)合雙足行走、雙手協(xié)作等要求的提高，人形機(jī)器人的構(gòu)造也更加復(fù)雜。比如由特斯拉設(shè)計的第二代擎天柱機(jī)器人，搭載了更高精度的執(zhí)行器與傳感器、2自由度驅(qū)動頸部、響應(yīng)更快的11自由度靈巧手、觸覺傳感器（十指）、執(zhí)行器集成電子和線束、足部力/扭矩傳感器、鉸接式腳趾等。
從產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成看，人形機(jī)器人主要分為上游的核心部件和功能部件、中游的系統(tǒng)集成和機(jī)器人本體制造、下游的終端產(chǎn)品和系統(tǒng)應(yīng)用。中游是將上游部件集成為子系統(tǒng)，結(jié)合不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)形成不同類型的機(jī)器人本體；下游是將機(jī)器人本體與集成系統(tǒng)相結(jié)合，形成面向不同應(yīng)用場景的終端產(chǎn)品。
從技術(shù)方面看，人形機(jī)器人主要包含四大核心模塊：感知系統(tǒng)、智能AI系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)單元。
感知系統(tǒng)：相當(dāng)于人類的感覺器官，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與環(huán)境認(rèn)知，主要涉及（視覺、聲音、雷達(dá)、壓感、光感）傳感器和壓電元件等。
智能AI系統(tǒng)：包括負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的存儲器、智能芯片和操作系統(tǒng)等，相當(dāng)于人體的大腦、小腦和神經(jīng)元，涉及軟件算法、控制器、以太網(wǎng)、高速連接器等，負(fù)責(zé)驅(qū)動機(jī)器人的執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)所需的動作和任務(wù)。
運(yùn)動控制系統(tǒng)：包括能量管理系統(tǒng)和動作執(zhí)行系統(tǒng)（減速器、伺服電機(jī)、控制器、絲桿等），相當(dāng)于人類的四肢，根據(jù)智能AI系統(tǒng)中決策層給出的指令做出相應(yīng)動作。
結(jié)構(gòu)單元：包括用以支撐機(jī)器人形體的輕量化鋁合金、耐磨損碳纖維結(jié)構(gòu)件，相當(dāng)于人體骨骼；用以包覆的工程塑料和樹脂材料，相當(dāng)于人體皮膚；用以保護(hù)緩沖內(nèi)部器件的聚氨酯填充材料，相當(dāng)于人體腹膜。
三、人形機(jī)器人的細(xì)分產(chǎn)業(yè)機(jī)會
我國近期發(fā)布的《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》，將人形機(jī)器人作為創(chuàng)新標(biāo)志性產(chǎn)品的第一位，提出要突破機(jī)器人高轉(zhuǎn)矩密度伺服電機(jī)、高動態(tài)運(yùn)動規(guī)劃與控制、仿生感知與認(rèn)知、智能靈巧手、電子皮膚等核心技術(shù)，重點(diǎn)推進(jìn)智能制造、家庭服務(wù)、特殊環(huán)境作業(yè)等領(lǐng)域產(chǎn)品的研制及應(yīng)用。人形機(jī)器人有望成為引領(lǐng)科技創(chuàng)新浪潮的下一個現(xiàn)象級消費(fèi)電子產(chǎn)品，為園區(qū)發(fā)展帶來廣泛的產(chǎn)業(yè)機(jī)會。
1、人工智能
關(guān)鍵技術(shù)主要涉及兩方面：一是基于人工智能大模型的人形機(jī)器人“大腦”，增強(qiáng)環(huán)境感知、行為控制、人機(jī)交互能力；二是控制人形機(jī)器人運(yùn)動的“小腦”，開發(fā)運(yùn)動控制算法庫，建立網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)架構(gòu)。
AI大模型的加速應(yīng)用將提升人形機(jī)器人的智能化進(jìn)程，語言大模型能夠?qū)崿F(xiàn)近似人一樣的自然語言交互，多模態(tài)大模型則能極大增強(qiáng)人形機(jī)器人的視覺，能夠?qū)崿F(xiàn)近似人一樣的環(huán)境交互。谷歌、微軟、英偉達(dá)、Meta等科技巨頭紛紛加入這條技術(shù)路線的探索，開發(fā)相關(guān)軟件算法。
相關(guān)的硬科技涉及AI處理器芯片、儲存器等。AI處理器芯片可以支持深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和加速計算，相比于GPU和CPU擁有成倍的性能提升。
2、精密機(jī)械
關(guān)鍵技術(shù)主要涉及兩方面：一是“機(jī)器肢”關(guān)鍵技術(shù)群，包括仿人機(jī)械臂、靈巧手和腿足；二是“機(jī)器體”關(guān)鍵技術(shù)群，需要突破輕量化骨骼、高強(qiáng)度本體結(jié)構(gòu)、高精度傳感等技術(shù)。
人形機(jī)器人的精密機(jī)械系統(tǒng)中比較多是各類關(guān)節(jié)，包括線性關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和球形關(guān)節(jié)等。每個關(guān)節(jié)都有著精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)，比如旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由無框電機(jī)、諧波減速器、雙編碼器、力矩傳感器、角接觸軸承交叉滾子軸承等構(gòu)成。
精密機(jī)械系統(tǒng)中使用最多的是各類精密減速器，作為人形機(jī)器人的精密傳動裝置，通常1:1配合電機(jī)使用。由于人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)更接近人形，每個關(guān)節(jié)受力更加復(fù)雜，對減速器負(fù)載和電機(jī)響應(yīng)速度要求更高。
3、感知設(shè)備
人形機(jī)器人的感知設(shè)備主要是具有不同功能的各種傳感器，可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器，內(nèi)部傳感器是用來檢測機(jī)器人本身狀態(tài)的傳感器，外部傳感器是用來檢測外部環(huán)境及狀況的傳感器。其中最重要的是視覺傳感器和觸覺傳感器。
機(jī)器視覺的關(guān)鍵技術(shù)是各類視覺傳感器，用于環(huán)境感知、物體的識別與跟蹤、面部表情和肢體動作抓取等，視覺傳感器包括3D視覺傳感器、多模態(tài)相機(jī)、激光雷達(dá)、多目視覺等。3D視覺傳感器主要由深度引擎芯片、光學(xué)成像模組、激光投影模組以及其他電子器件、結(jié)構(gòu)件等構(gòu)成。
電子皮膚的關(guān)鍵技術(shù)是各類柔性觸覺傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)與環(huán)境接觸力、溫度、濕度、震動、材質(zhì)、軟硬等特性的檢測，幫助人形機(jī)器人直接感知外部環(huán)境。柔性觸覺傳感器的關(guān)鍵技術(shù)包括材料技術(shù)和加工工藝，PEEK材料已成為開發(fā)柔性觸覺傳感器的重要材料。
4、終端產(chǎn)品
從終端產(chǎn)品看，人形機(jī)器人當(dāng)前并未形成產(chǎn)業(yè)化，大多數(shù)產(chǎn)品處于技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品迭代階段，目前特斯拉的擎天柱機(jī)器人產(chǎn)品單臺成本在10萬美元左右。少部分產(chǎn)品從特定功能需求出發(fā)實(shí)現(xiàn)了一定程度的落地，比如優(yōu)必選推出教育智能編程機(jī)器人Jimu、商用服務(wù)機(jī)器人Cruzr等產(chǎn)品。
人形機(jī)器人的終端產(chǎn)品涉及通用整機(jī)平臺制造以及結(jié)合下游應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)融合，從國家政策看重點(diǎn)鼓勵特種領(lǐng)域、制造業(yè)場景、民生及重點(diǎn)行業(yè)三類方向。特種環(huán)境應(yīng)用面向惡劣條件、危險場景作業(yè)等需求；制造業(yè)場景聚焦3C、汽車等制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域，打造人形機(jī)器人示范產(chǎn)線和工廠；民生及重點(diǎn)行業(yè)涉及醫(yī)療、家政等民生領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)、物流等重點(diǎn)行業(yè)。
在線客服