人形机器人标准化白皮书：2024版

人形机器人研报总结

一、人形机器人概述

• 定义及范畴：人形机器人是指外观和行为与人类相似，具有躯干、头部和四肢的机器人（狭义），或具有部分或全部人类特征的机器人（广义，包括躯干、头、肢体、语言、动作和智力等）。本研报聚焦广义人形机器人。
• 与其他概念的关系：人形机器人属于机器人范畴，可以是工业机器人或服务机器人。智能机器人强调自主性和智能性，具身智能机器人强调物理实体与环境交互实现智能增长，双足机器人强调用两条腿移动。
• 分类：按运动部位和应用领域分为不同类型，例如双足行走型、轮式或履带式等，应用于工业制造、家庭服务、医疗康养等领域。

二、人形机器人发展历程

• 我国：起步于20世纪80年代末，经历了早期发展、集成发展、高动态运动与交互能力提升、智能化发展等阶段。
• 国际：起步较早，美国和日本在早期发展中有重要贡献，如WABOT、ASIMO、Atlas、Optimus等。
• 趋势分析：人形机器人正朝着更高性能、更强适应性方向发展，电驱动、液压驱动、人工肌肉和气动技术将保持探索，未来将广泛应用于工业生产、社会服务、救援救灾等领域。

三、人形机器人产业与技术发展现状

• 产业政策：全球各国政府高度重视人形机器人产业发展，出台了一系列政策措施支持技术创新、市场拓展、标准化和伦理安全等。
• 全球产业格局：呈现多元化、区域化和跨界融合的特点，中国、欧洲、北美、日本和韩国等地区处于领先地位，涌现出一大批优质整机企业。
• 产业链分析：上游为零部件和基础软件供应，中游为整机系统制造商，下游为终端应用场景，涵盖工业制造、家庭服务、医疗康养等多个领域。
  • 上游：核心零部件包括感知器件、运动器件、灵巧手、芯片和动力模块，国产化程度中等，部分高端部件仍依赖进口。
  • 中游：整机系统制造商是产业链核心，我国在国际上处于领先并跑阶段。
  • 下游：应用场景广泛，包括工业制造、家庭服务、医疗康养、商业服务、高危作业、教育培训、物流运输等。
• 产业发展趋势：人形机器人市场将迎来显著扩张和商业化突破，被广泛应用于个人、家庭、企业、工厂等各类场景。
• 产业对标准化的需求：标准化对于推动产业技术发展、构建产业生态、提升用户体验、规范市场秩序等方面具有重要意义。

四、人形机器人技术发展现状与趋势

• 技术领域：涵盖机械本体与核心部件、动力系统、多模态感知与场景理解、自主任务规划与决策、运动规划与控制、移动操作执行与人机交互、大模型训练系统、仿真训练系统、操作系统等。
• 技术现状：
  • 机械本体与核心部件：一体化关节、灵巧手、仿人机械臂、仿人腿足、骨架躯干、柔性电子皮肤等，技术特点在于高度模拟人类形态，具备灵活的“肢体”。
  • 动力系统：包括电驱动、液压和气动等多种方式，电驱动技术向多样化发展，液压驱动具有功率重量比优势，人工肌肉具有高功率密度和大比例变形能力。
  • 多模态感知与场景理解：通过集成多种传感器实现高精度环境感知，逐步实现高精度、全方位的感知能力。
  • 自主任务规划与决策：人形机器人正逐步展现出强大的自主决策和智能规划能力，人工智能技术的运用使其能够高效、自主地完成各种复杂任务。
  • 运动规划与控制：通过运动规划找到符合约束条件的路径或轨迹，运动控制涉及对机器人各个关节和肌肉的精确控制。
  • 移动操作执行与人机交互：平稳步态移动、灵巧操作和人机交互是人形机器人的主要功能，涉及高精度传感器、地图构建算法、路径规划算法以及导航与控制算法等技术。
  • 大模型训练系统：大模型在人形机器人的应用可分为任务理解与环境数据完成最优路径规划和自主生成运动指令以实现运动控制两个层次。
  • 仿真训练系统：仿真测试技术能够有效地解决人形机器人收集真实世界中动作轨迹数据成本高昂的问题，提升其在不同硬件平台上的泛化能力。
  • 操作系统：面向人形机器人的操作系统需处理复杂的运动协调、人机交互、环境感知等任务，包括单机操作系统和多机操作系统。
• 技术发展趋势：人形机器人将朝着更高性能、更强适应性、更智能化方向发展，关键技术如“大脑、小脑、肢体”的持续突破将推动产业链和供应链的构建。
• 关键技术标准化需求分析：标准化在人形机器人的研发和应用中至关重要，涉及机械本体、环境感知、决策规划、运动控制、作业操作、人机交互、定位导航、检验检测等方面。

五、标准化现状与需求

• 国内外标准化现状：国际方面，ISO和IEC等组织发布了相关标准，但均未专门针对人形机器人；国内方面，全国机器人标准化技术委员会已发布标准122项，在研标准21项。
• 人形机器人标准分析：目前人形机器人国际标准尚属空白，但可依托机器人领域现有标准形成面向人形机器人的系列标准，包括基础共性类标准、零部件及模块类标准、整机类标准。

六、人形机器人产业/技术与标准图谱

• 产业－标准图谱：涵盖了人形机器人全生命周期涉及的各产业角色需求，包括零部件供应方、软件提供方、制造商、基础设施提供方、应用解决方案集成商、运维商、运营商、监管机构等。
• 技术－标准图谱：清晰地显示出识别哪些领域和标准类型需要优先推进，包括基础共性技术、关键模块、整机、系统、应用和服务等。

七、人形机器人标准体系建设

• 标准体系参考结构：从标准价值链、产品全生命周期、系统层面等角度分析人形机器人标准化体系。
• 标准体系框架图：主要包括基础通用标准、零部件、模块（结构模块、功能模块、系统模块）和整机（通用、工业、服务）四部分。

八、人形机器人标准化发展展望

• 标准化意义：标准化能够降低前期试错成本和重复性资源投入，强化产业上下游合作，建立生态协同，促进人形机器人产业健康有序发展。
• 发展建议：
  • 适应新产业发展新需求，提升有效供给。
  • 前瞻布局，开创国际标准化发展新空间。
  • 加强产业政企协作机制建设，完善政策支持体系。