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中国人工智能系列白皮书:复合多态机器人

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中国复人合工多智态能系机列器白人皮书 中国人工智能学会二○二四年十一月 中国人工智能系列白皮书 中国人工智能系列白皮书 ——复合多态机器人 中国人工智能学会二○二四年十一月 《中国人工智能系列白皮书》编委会 主任:戴琼海执行主任:王国胤 副主任:陈杰何友刘成林刘宏孙富春王恩东王文博赵春江周志华 委员:班晓娟曹鹏陈纯陈松灿邓伟文董振江杜军平付宜利古天龙桂卫华何清胡国平黄河燕季向阳贾英民焦李成李斌刘民刘庆峰刘增良鲁华祥马华东苗夺谦潘纲朴松昊钱锋乔俊飞孙长银孙茂松陶建华王卫宁王熙照王轩王蕴红吾守尔·斯拉木吴晓蓓杨放春于剑岳东张小川张学工张毅章毅周国栋周鸿祎周建设周杰祝烈煌庄越挺 《中国人工智能系列白皮书复合多态机器人》编写组 组长:支涛 副组长:张立华付宜利马楠张松源 于乃功李全印刘学君陈雯柏应甫臣赵博学龚汉越 (按姓氏笔画数排序) 目录 前言1 第一章:服务机器人发展综述2 1.1服务机器人的归类2 1.2服务机器人的应用场景2 1.3国家政策助力服务机器人驶入快车道3 第二章:AI发展驱动服务机器人具身化时代到来5 2.1从单模态大模型到多模态与具身智能融合发展呈现加速迭代趋势5 2.1.1人机交互更加,沉浸自然5 2.1.2多模感知更加精准5 2.1.3认知决策更加敏捷5 2.1.4运动控制更加自如6 2.1.5整体成本更加可控6 2.2大模型+具身智能赋能服务行业锚定行业需求强化技术供给6 2.2.1标准化服务:保持服务的一致性和质量,同时提高效率和降低成本6 2.2.2流程化服务:优化工作流程,减少瓶颈和延迟6 2.2.3定制化服务:满足客户的个性化需求6 2.2.4敏捷化服务:在快速变化的环境中快速响应用户需求7 2.2.5可信化服务:提供可信化服务,确保对客户服务的安全性和隐私保护7 2.3服务器机器人从单一功能向复合功能加速走来7 2.3.1初级阶段专用单一7 2.3.2高级阶段复合多态7 2.3.3结论8 第三章:复合多态机器人与传统机器人的对比9 3.1多模态机器人的概念9 3.1.1多模态感知能力9 3.1.2多模态交互10 3.1.3自主决策与学习10 3.1.4运动能力10 3.1.5硬件平台10 3.1.6软件架构10 3.1.7物理世界的交互数据10 3.1.8鲁棒性和泛化能力10 3.2复合多态机器人的概念10 3.2.1形态上的多样性11 3.2.2模态上的多样性11 3.2.3功能上的复合性12 3.2.4协作上的群智性12 3.3复合多态机器人与模块化机器人异同12 3.3.1模块化机器人12 3.3.2复合多态机器人12 3.4复合多态机器人与人形机器人的异同13 3.4.1共性部分13 3.4.2不同部分13 第四章:复合多态机器人的突出特征和特点15 4.1复合多态机器人的突出特征15 4.1.1自主性方面15 4.1.2交互性方面15 4.1.3适应性方面15 4.1.4实时性方面16 4.1.5安全性方面16 4.2复合多态机器人的技术特点16 4.2.1多态与重构16 4.2.2功能解耦17 4.2.3跨模态学习与场景自适应18 第五章:复合多态机器人成为具身智能的现实途径20 5.1复合多态机器人的性能优势20 5.1.1无死角感知与综合态势感知20 5.1.2高性能算力与智能人机交互20 5.1.3可靠低延时组网与通信20 5.1.47X24小时接力续航服务21 5.2复合多态机器人的应用优势21 5.2.1功能复合一机多能21 5.2.2服务效率高21 5.2.3服务质量高21 5.2.4稳定运行安全可靠22 5.2.5多维度降低成本22 5.3复合多态机器人是具身智能落地的客观选择22 第六章:复合多态机器人技术体系与生态24 6.1复合多态机器人技术产业链24 6.1.1芯片(计算、控制等)24 6.1.2传感器(视觉、力矩等)25 6.1.3电机、丝杠等26 6.1.4机器人操作系统28 6.2复合多态机器人产业生态29 6.2.1基础技术研究29 6.2.2核心部件制造30 6.2.3机器人操作系统30 6.2.4服务和维护30 6.2.5政策监管机构行业协会组织第三方检测机构31 6.3复合多态机器人产业规模预测31 第七章:服务场景的复合多态机器人及其近期发展33 7.1解构服务场景内的复合多态机器人33 7.1.1功能舱33 7.1.2服务机器人操作系统34 7.1.3机器人的感知单元、智能单元34 7.1.4场景感知IoT34 7.2复合多态机器人发展过程35 7.3复合多态机器人行业的近期发展重点36 7.3.1功能复合的复合多态机器人37 7.3.2服务高效的复合多态机器人37 7.3.3稳定可靠的复合多态机器人37 第八章:[云-端]协同的复合多态机器人服务技术架构38 8.1复合多态机器人的[云-端]构成38 8.1.1[云-端]的技术构成38 8.1.2[云-端]的系统构成39 8.2云:持续进化的服务智能——优化提升服务体验39 8.3端:[云-端]具身智能的物理载体40 8.3.1环境适应性40 8.3.2任务执行能力40 8.3.3人机交互40 第九章:复合多态机器人服务场景的应用与迁移41 9.1复合多态机器人服务场景的扩展41 9.1.1智能化酒店41 9.1.2智能化医院41 9.1.3智能化楼宇42 9.1.4智能化社区42 9.1.5智能化商超43 9.2复合多态机器人非服务场景的扩展43 9.2.1制造业工厂43 9.2.2芯片业工厂43 第十章:复合多态机器人的商业路径45 10.1复合多态机器人是抢先具身智能机遇的商业路径45 10.2复合多态机器人的[云—端]一体化核心价值45 10.3复合多态机器人的收益模式46 10.3.1复合多态机器人的ToB购买租赁收益46 10.3.2复合多态机器人的ToC租售服务收益46 10.3.3复合多态机器人的开放系统的价值46 第十一章:复合多态机器人价值潜力47 11.1服务农业和工业生产的巨大潜力47 11.1.1农业生产的变革47 11.1.2工业制造的创新47 11.2生活模式变化和老龄化催生服务机器人需求47 11.2.1日常生活的便利化47 11.3促进文化观念更新和社会治理创新48 11.3.1文化观念的更新48 11.4人才发展与机器人口红利的转变48 11.4.1人才发展48 11.4.2机器人口红利49 11.5复合多态机器人推动生产服务范式的转型49 参考文献51 前言 随着新一轮科技革命和产业变革的加速演进,智能机器人[1]技术作为科技创新的重要前沿,正迅速融入社会生产和生活的各个方面,成为推动经济高质量发展的关键力量。本白皮书旨在深入分析智能机器人[2][3]的分支-服务机器人的技术演进、产业趋势、市场动态以及面临的挑战与机遇,为行业参与者、政策制定者和广大关注者提供参考。 在介绍服务机器人技术演进的基础上,白皮书引出了多模态机器人的概念,回顾了其发展历程,在此基础上重点探讨了新的复合多态机器人——集云端智能、多模态交互、自适应控制技术于一体的先进机器人,其形态在服务领域的应用前景和巨大潜力。通过对复合多态机器人的研究,重点阐述复合多态机器人在服务场景的优势、特点和技术架构,由场景需求牵引出复合多态机器人的产业生态、技术趋势等方面。报告的结构安排如下:第一部分服务机器人发展综述,包括服务机器人的归类、应用场景以及国家政策对产业发展的推动作用;第二部分深入讨论AI如何驱动服务机器人具身化的到来,以及这一过程中的关键技术和行业应用;第三部分详细对比复合多态机器人与传统机器人的异同,以及与人形机器人的异同;第四部分论述复合多态机器人作为具身智能机器人的重要分支突出特征、技术特点;第五部分探讨复合多态机器人成为具身智能实现载体的现实途径;第六部分构建复合多态机器人技术体系与产业生态的框架;第七部分重点分析服务场景市场情况与近期发展;第八部分提出适应人工智能的[云—端]协同的复合多态机器人服务技术架构;第九部分讨论复合多态机器人服务场景的应用与迁移;第十部分探索复合多态机器人的商业路径和收益模式;最后,第十一部分评估复合多态机器人的价值潜力,并对其在社会经济发展中的作用进行前瞻性思考。 我们期望白皮书能够为复合多态机器人领域的可持续发展提供策略建议,促进技术创新,推动产业升级,并为构建智能社会贡献智慧和力量。 第一章:服务机器人发展综述 1.1服务机器人的归类 根据国际机器人联盟(IFR)划分标准,可将机器人分为工业机器人和服务机器人[14]。其中,工业机器人是指应用于生产过程与环境的机器人;服务机器人是指除工业机器人以外,用于非制造业并服务于人类的各种机器人,分为个人/家用服务机器人及专业服务机器人。 我国实施的国家标准《机器人分类》(GB/T39405-2020)[8],分为以下几类:工业机器人:自动控制的、可重复编程、多用途的操作机,可对三个或者三个以上轴进行编程,它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。按其使用用途可分为:搬运作业/上下料机器人、焊接机器人、喷涂机器人、加工机器人、装配机器人、洁净机器人、其他工业机器人。个人/家用服务机器人:在家居环境或类似环境下使用的,以满足使用者生活需求为目的的服务机器人。按其使用用途可分为:家务机器人、教育机器人、娱乐机器人、养老助残机器人、家用安监机器人、个人运输机器人、其他个人/家用服务机器人。公共服务机器人:应用于住宿、餐饮、金融等公共场所,如商场、医院、学校等,为人类提供一般服务,如导览、咨询、安保等服务。 按其使用用途可分为:餐饮机器人、讲解导引机器人、多媒体机器人、公共游乐机器人、公共代步机器人、其他公共服务机器人。特种机器人:应用于专业领域,一般由经过专门培训的人员操作或使用的,辅助和/或替代人执行任务。这类机器人可以在极端环境下(如高温、高压、辐射等)替代人类完成任务,保障人员安全和提高工作效率。按其使用用途可分为:检查维修机器人、专业检测机器人、搜救机器人、专业巡检机器人、侦察机器人、排爆机器人、专业安装机器人、采掘机器人、专业运输机器人、手术机器人、康复机器人、其他特种机器人。其他应用领域机器人:除以上四类应用领域之外的机器人。 1.2服务机器人的应用场景 本白皮书主要分析和研究的对象是:一、《机器人分类》(GB/T39405-2020)个人/家用服务机器人、部分特种机器人;二、国际机器人联盟(IFR)中的和服务机器人,特别是针对智能化服务机器人。服务机器人逐步从单一走向了智能化,服务机器人应用场景复杂多样、具体细分种类繁多,包括但不限于: •家庭服务:如清洁机器人、陪伴机器人、教育机器人。 •医疗健康:如辅助手术机器人、护理机器人、康复机器人。 •餐饮服务:如点餐机器人、送餐机器人。 •酒店服务:如前台接待机器人、客房服务机器人。 •零售服务:如导购机器人、库存管理机器人。 •公共服务:如导览机器人、信息咨询机器人。 1.3国家政策助力服务机器人驶入快车道 各主要工业国以美国、欧盟、日本、中国为代表,美国重点发展智能技术和与国防等关键领域相关的机器人产业;欧盟重点关注技术创新和机器人产业中的中小初创企业发展;日本着力发展工业领域的应用发展和机器人对劳动力短缺的补充。我国政策对服务机器人全球产业的发展也起到了重要的推动作用[15]。 《“十四五”机器人产业发展规划》[4]是由工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部等15个部门联合发布的规划文件。该规划对“十四五”期间国家推进机器人产业发展作了具体部署,提出了到2025年机器人产业发展的主要目标,并部署了提高产业创新能力、夯实产业发展基础、增加高端产品供给、拓展应用深度广度、优化产业组织结构等主要任务。2023年1月出台的《“机器人+“应用行动方案》[5]和同年11月出台的《人形机器人创新发展指导意见》[6]则共同强调了聚焦重点应用领域和人形机器人,突破机器人应用技术及解决

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