时间: 2024-06-10 21:57:16 | 作者: 冲压产品
sla、1x、小米又把人形机器人概念推上了风口浪尖。很多人问我,“在真实的生活中看到人形机器人,还要多少年?” 这样的一个问题很难给个确切的答案,以乐观派 Elon 的说法,2年内即可量产落地,而反观人形这么些年的研究历程,受限于场景、对复合技术的极高要求,也许至少3-5年才能探索到顺畅的商业模式。
我们到底需不需要人形?能怎么用?是否有开发的必要?这样一些问题争议性比较大,今天发表下自己的观点。
先说结论,人形机器人的研究的意义在于:1. 开发最适应人类社会的机器人形态,实现终极机器替人,但场景需要新的突破;2. 人形对软硬件复合技术的要求极高,奔着人形做研发的机器人公司能掌握最全面的技术栈。
人形机器人的目标是成为机器人界的iPhone,也就是终极、通用形态,我们拆解一下,所需的能力包括运动(下肢-底盘/四足/双足)、操作(上肢-单臂/双臂)、交互(脸)。通过排列组合,满足这些条件的机器人形态可以是:
- 可范化性最高,人形,双足+双臂,也就是Tesla和波士顿动力的方向。
如果需要开发一台机器人,作为日常助手,最简单的方案可能是Everyday Robot的方案,能够实现生产生活中的大部分工种。但遇到需要上下楼梯、或双臂协同的工种,这个形态就有很大的局限性。由于人类社会的所有环节都是为人类行动设计的,因此,人形机器人可能是最适合人类社会的形态,技术成熟后,可以无缝嵌入所有环境。
另外,来看一组数据:2021年,中国劳动力缺口1,180万人、美国劳动力缺口710万人,全球人口将在本世纪中叶达到峰值。从补充劳动缺口的角度,需要一类机器人来替代工人,我们画过一张表来衡量替人顺序,概括来说:在中国劳动力成本尚低的背景下,通用机器人会先替代有一定学习门槛、工资门槛的技工,接着逐步渗透到其他象限。
那么人形机器人近期到底能用在哪儿呢?以优必选为例,第一批人形机器人已经广泛用在教育、迎宾上,公司2023年报了港交所,这里较难诞生增量de 市场机会。
而第二代的机器人有可能逐步渗透各大生产生活环节。举个例子来说,Tesla 的人形机器人将用于汽车产线。需要强调的是,在汽车制造流程中,传统存量机器人环节包括冲压 (机床)、焊接、码垛、喷涂等,以上环节的工业机器人已饱和。但仍有大量环节用到人工,比如各流程之间的搬运、安装车门车座等,这些都是传统工业机器人没办法完成,也是人形机器人能进一步渗透的环节。
2017-2018年时,国际公认一台人形机器人的成本30万人民币之内,目前降低到最低成本10-15万。
成本难下降的问题就在于all-purpose,导致不能聚焦在某一个场景。据说 Tesla Optimus 目前物料成本 20万美金,目标是2025-2027年,量产后售价2万美金(预计成本7-10万人民币)。
【II. 人形对软硬件复合技术的要求极高,奔着人形做研发的机器人公司能掌握最全面的技术栈】
人形机器人之所以离落地较远,其中一个限制因素是其对于技术的要求极高,尤其是运动控制软件、本体硬件之间的复合能力,这也导致我们正真看到的大部分 demo 机都站不住、走不稳、动作僵硬,很难完成劳动任务。注:波士顿动力作为特殊讨论,此公司的产品虽然能跑酷,但属于不计成本地提升运动能力,实际工作中功耗极高、噪音极大,无法量产落地。
从续航能力看,目前人形机器人大多只能续航 1-2 小时,未来预测能提高到 20 小时,而对比人类工人可以持续工作 7-8 小时,机器人尚未达到可用的程度。
究其原因,人形机器人每个关节都需要大电机,导致整体功率大、续航短。这里面需要新的结构设计、算法设计。
尤其是国内做步态控制 (locomotion) 人才很少,下面总结了集中运动控制的技术路径,仍在探索中,格局未定。
对比新能源车和人形机器人的成本构成:电池成本占比由38%降低到2%,电机电控成本由12%提升到39%。当前痛点在于成本高、定制化需求高。整机成本中,电机占比40-50%、减速器占20%。
人形机器人的电池成本占比由38%降低到2%,电机电控成本由12%提升到39%
其中,控制器、执行器都可以国产,特殊部位的零配件需要进口,需要平衡质量、价格、供货周期(国内定制需要 2-3 个月,进口需要 8-10 个月)。之前已经在做电机、减速器的厂家,由于只做过制造业机械,未来可能会催生新的上游。
国内容易被制约的零部件,包括机械部件新材料、电路板相关的传感器和控制器、通讯模块芯片、电路管理芯片。
顺着人形的技术路径去做的公司,可以说是给自己出了机器人界最难的一道题,各家进展各有不同,以下是重点公司盘点:
- 国内公司:优必选、小米CyberOne、腾讯Robotics X、钢铁侠、学校实验室(北理工黄强、清华赵明国、浙大熊蓉、中科大刑天)等
- 21年8月发布概念,6个月开发出来,重量73kg,电池2.3kwh,续航8h,身体28个自由度。
- 目标是大规模量产,大量重复可替代的零部件,减少相关成本,用软件反哺硬件(比如从8个摄像头降低到3个)。
- 自研6种电驱执行器,可拉动500kg的钢琴,响应速度高达10khz,但需要搭配谐波减速器(关节,用转速去换扭矩)。
- 扭矩密度高,则爆发力强、消耗铜损低、所以optimus输出大时,续航长、发热低。
Tesla最新发布的视频中,机器人已能实现:1. 端到端动作生成、遥操作和示教功能;2. 下肢力矩控制频率高(估计达到1000hz),使得脚步足够轻,不踩破鸡蛋
- 1992年开始迭代,重量150kg,电池3.7kwh,续航1h。目标是展示超越人类的运动能力。
- 驱动:液压,液体压缩泵产生高压液体,高压液体对输出泵做功。优势是力气大、执行器只需一个,劣势是维护麻烦、响应速度慢。金属3d打印制造。
- 发展历程:1992年,从MIT实验室独立出来;2013年,谷歌以30亿美元收购;2017年,软银从谷歌手中买下,价格未公布;2020年下半年,Spot机器狗发售,售价7.45万美元;2020年12月,现代汽车9.21亿美元收购,公司年支出$1.5亿。
- 历程:2015年成立的挪威公司,最早开发老年服务机器人,最近官宣做安防市场。
- 产品:售价15万美金,身高175cm,体重76kg,单臂负重8kg,时速22km/h。
最新融资:启动了名为NEO的人形机器人原型研发后,拿到OpenAI、老虎基金的投资。
- OpenAI COO BradLightcap评价:投资1x瞄准的是机器人硬件技术成熟,在AI加持下开拓更广泛的劳动力市场。
- 历程:2022年成立,2023年3月发布01号机器人的宣传视频,计划6个月之内推出测试产品。
- 创始人:BrettAdcock,连续创业者,个人投入$1000万。从波士顿动力、特斯拉、Google X、机器人实验室IHMC,挖来40位技术专家。
- 2015年成立,CEO为CMU博士,第一个推出商用人形机器人,准备在仓库里发力。
- 2018年成立,上半身人形,下半身轮子,开始在商店来测试。A轮融资 $6,000万。
- 2023年发布通用机器人demo,可以整理床铺(难度大,涉及柔性面料的识别和操作)、操作洗衣机,创始人曾任职于OpenAI、Scale AI。
总结一下,人形机器人目前受限于场景、技术、成本,尚未实现大面积落地,但我们始终相信,人形是能渗透人类社会的终极形态机器人,实现机器替人、补人。产业落地过程中,也会催生一众上下游公司。
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