人形机器人的几大技术难点是什么

  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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