人形机器人101

核心观点与关键数据

• 时代背景：全球科技巨头正积极研发人形机器人（HRs），预计到2030年代，HRs将从概念验证阶段过渡到多行业应用阶段。
• 发展驱动力：AI技术（尤其是大型语言模型和视觉语言模型）的快速发展、3D感知与控制技术的进步，以及计算能力和机器人组件成本的下降，将推动HRs发展提速。
• HRs特性：HRs是服务机器人，模仿人类行为和交互，通常用于替代人类在枯燥、危险或卫生条件差的环境中工作，与工业机器人相比，HRs更适用于非结构化环境，具有更高的灵活性（通常超过20个自由度）。

HRs的构成

• AI系统：HRs的“大脑”，负责高级信息处理和决策，包括任务分解、环境理解和模型推理等，以及与人类的交互。
• 运动控制系统：HRs的“小脑”，主要负责运动协调、身体平衡和路径导航。
• 机器人本体：包含用于收集环境数据和执行运动的硬件，包括视觉系统、传感系统、执行器、灵巧手、能源系统和结构材料。

关键组件与技术路线

• 控制芯片：HRs主要使用CPU+GPU结构，这是最成熟的技术路线。
• 控制算法/具身AI：HRs的控制算法正从传统的分层架构向端到端模型转变，后者具有更强的泛化能力、更高的效率和更低的特征工程需求。
• 执行器模块：HRs主要采用电动执行器，因其高精度、快速响应和合理的价格。
• 灵巧手：HRs的关键末端执行器，目前不同厂商的设计自由度在6到42之间，通常支持人类手部60-70%的功能。
• 减速器：HRs主要采用谐波减速器或行星减速器。
• 行星滚珠丝杠：HRs线性执行器的高性能机械组件，具有更长的使用寿命、更高的负载、更高的传输效率和更高的刚性。
• 无框力矩电机：HRs中常用的高性能永磁电机，具有高扭矩密度和高动态性能。
• 传感系统：HRs的传感系统包括视觉系统（立体相机、飞行时间相机、结构光相机和激光雷达）、力/力矩传感器、惯性测量单元和触觉传感器。

成本与预测

• 成本：HRs目前还不是标准规格产品，难以预测其成本。2025年底，若主要部件在中国生产，典型HRs的物料清单（BOM）成本预计约为每台35,000美元。预计到2030-2035年，BOM成本将降至13,000-17,000美元，降幅超过50%。
• 预测：BofA全球研究预计，2025年HRs的出货量为18,000台，2030-2035年，年出货量将达到100万-1000万台，对应2025-2035年的复合年增长率（CAGR）为88%。
• 长期预测：预计到2060年，全球HRs的拥有量（UIO）将达到30亿台，其中服务/家庭/工业领域的占比分别为65%/32%/3%。

mass adoption 的挑战与风险

• 挑战：HRs公司仍需克服一系列关键技术瓶颈，包括强大的AI系统、鲁棒的运动控制系统、充足的现实世界数据、能够在复杂和不确定环境中生成准确环境信息的传感系统、边缘计算能力的部署，以及优化产品设计以降低成本。
• 风险：BofA全球研究对HRs的预测存在以下风险：监管风险（例如欧盟AI法案可能影响具身AI的演进）、处理器芯片的供应风险、高端机床的供应风险。

发展阶段

• 第一阶段（2025-2027年）：HRs将小批量应用于结构化或半结构化环境，如工业生产和物流，主要执行物料搬运、组装、分拣和质检任务。
• 第二阶段（2028-2034年）：HRs在工业和物流应用中经过几年训练后，设计和控制算法将得到显著改进，并越来越多地与大型语言模型集成，实现与人类的实时交互。HRs将大规模应用于商业应用，包括教育和商业服务，年出货量将超过100万台。
• 第三阶段（2035年以后）：HRs将实现大规模的通用应用，适用于高度非结构化的工作环境，如家庭和老年人服务。年出货量将超过1000万台，得益于更大的用户群。