机器人行业：中国仿生机器人产业全景报告2023

Panoramic Report of BionicrobotIndustry in China 2023 2023.08量⼦位智库QbitAIInsights郑钰瑶Carolineyuyao@qbitai.com 序章 2021年8⽉，⻢斯克在特斯拉AI Day上提出要开发⼈形机器⼈，旨意是解决重复性⾼、单调枯燥的危险差事。⼀年后的10⽉，全尺⼨仿⽣机器⼈Optimus正式亮相，它充满机械感的躯⼲和动作，已经让很多⼈对⼈形机器⼈的想象得到了满⾜。2022年8⽉，⼩⽶发布全尺⼨通⽤⼈形机器⼈CyberOne，如⼀⽯激起千层浪。AGI（ArtificialGeneralIntelligence，通⽤⼈⼯智能）的⽕热发展为仿⽣机器⼈的实现补全了最后⼀块拼图。EngineeredArts制造的⼈形机器⼈Ameca是⾸个接⼊GPT-3的仿⽣机器⼈，它拥有优秀的表情模拟和控制，⼤模型使它能像⼈类⼀样交流。不少机器⼈团队之前正等待着AGI、⼤模型的诞⽣，⼀举解决仿⽣机器⼈的智能问题。近期，「具⾝智能（EmbodiedAI）」已成为AI研究新热点。 历史上没有任何⼀个时刻，AGI、仿⽣机器⼈的价值受到⽐如今更多的重视。然⽽，仿⽣机器⼈技术⽬前还处于原理研究的阶段，为了实现仿⽣机器⼈产品的真正落地，我们还需克服许多困难。现阶段仿⽣机器⼈应该关注的技术要素为何？仿⽣机器⼈⾏业正处于哪个发展阶段？仿⽣机器⼈可以在哪些领域帮助⼈类或与⼈类协作？为了产业的蓬勃发展，有哪些仿⽣机器⼈机构值得我们关注及帮助？ 在《中国仿⽣机器⼈产业全景报告》，量⼦位智库将从我国仿⽣机器⼈⾏业现状、⾏业变⾰、⾏业发展及市场规模发展趋势、产业链及产业竞争格局等多⻆度、多⽅向对我国仿⽣机器⼈产业进⾏⼴泛调研与深度分析，全⾯⽴体描绘中国仿⽣机器⼈产业全景。 量⼦位智库相信，⼤模型范式影响之下，AGI机器⼈正在全⽅位加速，仿⽣形态的机器⼈将在技术创新和商业模式上迎来新周期。 ⽬录 仿⽣机器⼈定义 仿⽣机器⼈是⼀类制造过程中使⽤了仿⽣学原理的机器⼈，可以⾃主决策、⾃主规划⾏动。 代表产品有⼈形机器⼈（Humanoid Robot）、四⾜机器⼈（Quadruped Robot）。这其中，⼈形机器⼈是指外表类似⼈类的机器⼈，通常有像⼈的头部、四肢等，有些⼈形机器⼈只会复制⼈体的⼀部分，如只复制腰部以上的部位。四⾜机器⼈是指有四条腿的机器⼈，原型通常是狗、猫或者⻢等四⾜⽣物。 得益于较低的重⼼，四⾜机器⼈通常⽐⼈形机器⼈或双⾜机器⼈更加稳定。（基于对市场的调研和了解，本报告研究的仿⽣机器⼈将特指⼈形机器⼈及四⾜机器⼈。） 相关定义： •仿⽣机器⼈学（Biorobotics）：指在机器⼈制造过程中使⽤了仿⽣学技术或原理，使得机器⼈整体或某⽅⾯像⽣物；或只在机器⼈的某⼀部分使⽤仿⽣学技术，如只在机器⼈关节上模拟了⼈类关节等。仿⽣机器⼈技术的特点之⼀就是采⽤多学科⽅法，如⽣物学、⽣理学、机械⼯程等。 •机器⼈（Robot）：指任何可以代替⼈类努⼒的⾃动操作的机器，尽管它在外观上可能不像⼈类或以类⼈的⽅式执⾏功能。机器⼈是计算机科学、⼯程和技术的跨学科领域。 关键零部件⽰例： 代表机器⼈： 钢铁侠科技ART-3遥控系统 波⼠顿动⼒Atlas⼈形机器⼈ 绿的谐波谐波减速器 可加装摄像头或其他操作平台的四⾜机器⼈，应⽤⽅向为巡检、搜救类四⾜机器⼈的代表产品。 传动装置，⽤来降低转速、增⼤扭矩等，可以想象成⼈类的「关节」。 仿⽣机器⼈最主要的操作平台之⼀，可以抓取、识别物品等，可以想象成⼈类的「⼿」。 电液混动，是世界上扭矩最⼤的⼈形机器⼈，以⼤扭矩为发展⽅向的⼈形机器⼈代表。 控制机器⼈运动、平衡、⼈机协同等，可以想象成⼈类的「⼤⼩脑」。 *仿⽣机器⼈的零部件通常还包含伺服系统、控制器、传感器、刚性结构、涂层、通信部件、中间件和计算机等，有些机器⼈还会加装显⽰屏 资料来源：量⼦位智库整理 仿⽣机器⼈系统集成分析 仿⽣机器⼈系统可对⽐其他机器⼈，分为硬件、OS(OperatingSystem)、软件三部分。仿⽣机器⼈是以硬件为基础，融合决策系统、运动控制、语⾳合成、负载和⼤模型等多项软件技术，通过OS进⾏连接和协作的系统整体。 仿⽣机器⼈⽕热现状 1.巨头公司战略性进⼊仿⽣机器⼈⾏业 3.⾏业⽔涨船⾼，创投愈加⽕热 图：我国仿⽣机器⼈企业最新融资情况 •2022年8⽉，特斯拉宣布将在该年特斯拉AIday上发布全尺⼨仿⽣⼈形机器⼈Optimus。•同⽉，⼩⽶全尺⼨⼈形机器⼈CyberOne正式发布。宣传⽚中，昵称为「铁⼤」的机器⼈能够独⽴⾏⾛、弯腰，完成抓取等简单动作。•10⽉，特斯拉机器⼈「擎天柱」正式发布，尽管上台时它仍「坐着轮椅」，宣传⽚中已展现了它倒⽔、浇花的能⼒。•2023年6⽉腾讯发布了旗下机器⼈⼯作室Robotics X研发的四⾜机器⼈MAX的最新视频。 •巨头科技公司看好仿⽣机器⼈，⾏业正⽕热发展中。 2.业内头部公司逐渐进⼊IPO阶段 优必选IPO： 2023年1⽉31⽇，深圳市优必选股份有限公司赴港提交IPO申请。本次IPO申请更多以融资为⽬的，⽽优必选是⽬前为⽌唯⼀⼀家进⾏上市准备的垂直赛道仿⽣机器⼈公司，成功上市对仿⽣机器⼈产业意义重⼤。 仿⽣机器⼈⾏业变⾰原因 量⼦位智库认为，现状下仿⽣机器⼈⾏业产⽣深刻变⾰，深受供应链发展成熟、技术不断⾰新和商业模式改变的影响。 原因1：供应链成熟 1⼤部分零件已经可以做到国产化替代。 2存在少量外购情况，考量的是技术壁垒、国内供应暂时还不稳定等情况。3成熟的⼯业机器⼈零部件产业链，相关技术、机器、⼯⼚有直接移植的可能。 “⽬前来看，仿⼈机器⼈或者各类机器⼈产品都能找到⼀些国产化的替代部件。但出于对某种特殊功能或者是特殊结构的机器⼈产品的需要，也会采⽤⼀些进⼝化的部件。” ——张锐钢铁侠科技创始⼈兼CEO 原因2：技术发展 1AI技术的发展创造新的需求，落地平台将会聚焦于机器⼈。 2攻克谐波减速器，液压、电压执⾏器等零部件技术，涌现出⼀系列国产企业。 3机器视觉技术的发展 4新型材料的发明 （1）仿⽣电⼦⽪肤：可以起到感应动作和环境的作⽤，同时可以让机器⼈的外观、表情及动作更像⼈类。（2）柔性结构：与刚性结构相反，可以使机器⼈的关节变得柔软。 原因3：商业模式 1更多玩家选择研发全尺⼨通⽤⼈形机器⼈。 2拓宽可适⽤场景。3GPT等⼤模型的发展，为仿⽣机器⼈提供ToB到ToC的机会。 02 ⾏业发展分析 当前仿⽣机器⼈⾏业正处在成⻓期。 成⻓期 ~2021萌芽期 2021~2030 2030~ •2021年前处于萌芽期，Spot和Atlas、ASIMO等仿⽣机器⼈原型机的推出，影响国内的许多⾼校和科技公司都加⼊研究。•国内开始研发四⾜机器⼈原型机、少数公司及研究团队开始制造仿⽣机器⼈。•此阶段仿⽣机器⼈机器⼈的科研意义⼤于实⽤意义，许多产品在推出之际仍存在许多缺陷。 •2021-2030年间，备受瞩⽬的概念⼈形机器⼈产品出现。•⾏业内企业融资规模增加，更多国内⾼校和⼤型科技公司加⼊。•⼤模型和AGI的⽕热，制造的仿⽣机器⼈产品更具智能。 •完成⼯业及产业级应⽤。•可以在⾮结构性场景如家庭中使⽤，拓展出新赛道及需求。 ⾏业判别式 基于对⾏业发展的分析及预测，量⼦位提出应从量产能⼒、商⽤规模和产品⽣态三个⽅⾯对企业的发展进⾏判别。 判别式⼆：潜在市场规模，商业应⽤是企业级还是消费级？ 蔚蓝科技阿尔法狗，推出时号称「世界上⾸款⾏⾛速度超过3⽶/秒」的量产四⾜机器⼈产品。 波⼠顿动⼒四⾜机器⼈Spot量产版，2019年推出。 “⼈形机器⼈将是下⼀代终端。 具⾝智能机器⼈的出现才会是真正的「iPhone」时代。” 个⼈终端不断发展，仿⽣机器⼈被认为有望成为移动⼿机之后的下⼀代终端。 ——清华⼤学交叉信息研究院教授，陈建宇 市场规模 市场规模预测模型 “⼈形机器⼈实现了，机器⼈和⼈类的⽐例应该是多少？可能是1:1，甚⾄每个⼈不⽌拥有⼀个⼈形机器⼈，当Optiums真正实现后，销量可以达到100亿、200亿，这些都是疯狂的数字，这个数字会远超汽⻋。” ——2023年特斯拉股东会，⻢斯克发⾔ “⼈形机器⼈在未来售价应当在30万⼈⺠币左右。” ——2018年伦敦，某机器⼈研讨会共识 模拟评估≈1400万亿⼈⺠币 基于仿⽣机器⼈市场的调查、评估和模拟，量⼦位智库认为中国仿⽣机器⼈⾏业市场规模将会达到千万亿级别。 03 产业链分析 可应⽤⾏业 •仿⽣机器⼈+服务业•仿⽣机器⼈+家庭•仿⽣机器⼈+娱乐业•仿⽣机器⼈+⼯业•仿⽣机器⼈+航天业•…… 仿⽣机器⼈技术可与各⾏业相结合，并创造出新的需求。 产业链发展⽅向 中游 •产品形式发⽣变化：通⽤型仿⽣机器⼈会更⽕热，2B向2C发展 下游 •仿⽣机器⼈可拓展赛道变多，下游公司也裂变出更多类型•受⼤模型影响，仿⽣机器⼈将拓展⾄C端，服务业将是下游企业增加数量最多的⾏业 上游 •零部件国产化替代、外购渠道成熟•涌⼊的公司将增加，价格将稳定•针对不同机器⼈公司形成定制化⽣产 产业全景分析 量⼦位智库对我国仿⽣机器⼈玩家的主要产品的落地场景进⾏总结，⽬前⾏业内主流产品聚焦于以下场景。 产业竞争格局 仿⽣机器⼈⾏业受量产、商⽤难度和发展前景等因素的影响，必然是⼀个有⾼制造难度、⾼资本需求的产业。基于以上原因，量⼦位智库从量产和资本能⼒两⽅⾯来分析⽬前⾏业内玩家及现状。 第⼀象限：有强劲资本⽀撑的明星企业 •象限内部存在两种情况，（1）拥有领先技术及量产能⼒，因此获得资本⽀持的企业。如优必选、云深处、达闼科技及宇树科技；（2）拥有雄厚资⾦实⼒，看到⾏业发展机遇设⽴实验室研究仿⽣机器⼈的企业。如腾讯（Robotics X实验室）、⼩⽶（⼩⽶机器⼈实验室）和⼤疆创新。这类企业可以在没有量产压⼒的情况下，不计成本研发原型机，推动⾏业技术发展。 第⼆象限：有潜⼒有技术的⼩型公司 •已有量产仿⽣机器⼈产品的新型创业公司通常都具有⾼校背景，并且产品专注于某⼀领域。哈崎机器⼈和蔚蓝科技的四⾜机器⼈产品、⼤象机器⼈率先研发的机器猫都从机器宠物的⻆度切⼊，⾃波⼠顿动⼒发布Spot后机机器宠物就成了⼀种有社交意义的新潮需求；优宝特研发的四⾜机器⼈和云深处科技、宇树科技等都涉及巡检赛道；钢铁侠科技专注与航天、军⼯等科研领域合作。•研发并⾮局限于单⼀领域，明确的可落地场景更受资本关注。 第三象限：受投资⻘睐的企业 •智元机器⼈：未公开发布任何机器⼈模型即可获得⼤量投资。•对该象限企业的关注主要源于对其技术⼒的⾼度信任。 04 仿⽣机器⼈代表玩家案例 特斯拉 发布时间线 73kg体重功率100W/500W⾃由度200+DoF⼿部⾃由度27DoF电压52W电池组2.3kWh •⼀脉相承于FSD的纯视觉算法，区分任务⽬标、机器⼈本体、障碍物及其他⽣物。 图：2022特斯拉AIday上发布的Optimus摄像头画⾯ •2021年8⽉，特斯拉⾸次公开了Optimus机器⼈计划。•2022年10⽉，特斯拉在AIday上发布全尺⼨仿⽣⼈形机器⼈Optimus的早期原型。•⻢斯克宣布对Optimus的预期成本为2万美元。•2023年5⽉，特斯拉发布⼀段包含数个Optimus机器⼈的视频，⽚中Optimus可独⽴⾏⾛并抓取物体。 仿⼈类⼿部 •腕部双执⾏器，可多⻆度翻转⼿腕。•可转动的⼤拇指，增加更多可应⽤场景。•动捕技术，更像⼈类的⾏动⽅式。 可应⽤场景 仿⼈类机械腿 “创建⼀个通⽤的、双⾜的、⾃主的⼈形机器⼈，能够执⾏不安全、重复或⽆聊的任务。”——特斯拉 •相同的脚腕双执⾏器，可上下左右翻动脚掌。•识别物体控制⼒度，能分清地⾯材质。 •⻢斯克期望设计出能⽤于制造特斯拉汽⻋的机器⼈⼯⼈，实现全⾃动化⼯⼚的愿望。•实际制造