2022年机器人行业报告：人形机器人风起，核心零部件助力扬帆远航-前女友变女佣漫画
报告出品/作者：浙商证券、邱世梁、王华君、林子尧
以下为报告原文节选
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1 人形机器人开启智能制造时代
人形机器人代表着一个国家的高科技发展水平。人形机器人，又称仿人机器人，涉及控制、规划、机电一体化技术、全方位的 AI 感知技术，移动能力和工作范围，人机交互等，是一个国家的高科技发展水平的最终体现。
1.1 人形机器人活力四射，发力多领域人工替代
最早的“机器人”概念起源于亚里士多德的设想。1927 年第一个电驱人形机器人“Televox”诞生于美国西屋。随后美国、日本和欧洲在这一领域广泛布局，促进了人形机器人的快速发展。在 2000 年，我国也独立研制出具有语言功能的“先行者”号人型机器人。2023 年随“擎天柱”的诞生，人形机器人或将走入日常生产生活。
群雄并起，逐鹿人形机器人。日韩在人形机器人研究领域表现活跃，日本本田代表产品 Asimo 身高 1.3m，体重 48kg，具有 57 个自由度，可完成上下楼和奔跑等动作。韩国KAIST 代表产品 HUBO+身高 1.7m，体重 80kg，具有 32 个自由度，在 2015 年“机器人挑战赛”中获得冠军。美国在人形机器人领域后来居上，波士顿动力研发的代表产品 Atlas 身高 1.8m，体重 80kg，具有 28 个关节，可完成原地起跳转身一周等高难度动作。
波士顿动力的人形机器人 Atlas 主要聚焦在科研领域，商业价值低。在波士顿动力优秀的软硬件配置下，Atlas 能够完成流畅、高难度的“跑酷”动作。硬件结构上，Atlas 拥有轻量级结构件皮肤和足部力控传感器，雷达与深度相机形成视觉感知，28 个液压关节驱动完成一系列其敏捷动作，本体搭载 3 台 NUC/工控机负责整体控制系统的运算。软件方面，波士顿动力运用行为库、实时感知和模型预测控制（MPC）技术将相机、雷达等传感器接收的数据进行分析并对决策制定和动作规划提供最有效的支持。
国内人形机器人成果喜人。在科研领域，国科大研发的“先行者”机器人可以完成静态和动态步行动作；哈工大推出的“HIT-III”机器人能完成上、下斜坡等动作；清华大学开发的“THBIP-II”身高 0.75m，体重 18 kg，具有 24 个自由度；浙江大学研发出会打乒乓球的“悟”、“空”人形机器人；北理工推出的“汇童”机器人可完成摔倒起立，“摔滚走爬”等动作。在产业领域，深圳优必选推出的“Walker”机器人能完成上、下台阶等动作。
小米于 2022 年 8 月公布首款全尺寸人形机器人 CyberOne（铁大）。升级后的运动控制算法支配这机器人全身 13 个关节和 21 个自由度，实现双足运动姿态平衡；电机性能增强10 倍，髋关节主要电机的动力扭矩峰值可达 300Nm，峰值扭矩密度 96Nm/kg。
AI 算法赋能环境感知，“高情商”展现国内人机交互技术成果。环境感知方面，自研的Mi-Sense 深度视觉模组+AI 算法帮助 CyberOne 实现对真实世界的三维虚拟重建。情绪感知上，CyberOne 搭载自研 MiAI 环境语义识别引擎和 MiAI 语音情绪识别引擎，能够实现 85种环境音识别和 6 大类 45 种人类情绪识别。
人形机器人将对社会变革与发展产生重要影响作用。人形机器人具有与人类相似的躯干结构与运动能力，使其具有超强环境适应能力，较大工作范围，丰富的动作形态，更高能量利用效率和出色的人机互动能力，可将人类从低级和高危行业中解放出来，使人类能够专注于高级智慧活动，从而提升生产力水平和工作效率。
1.2 特斯拉人形机器人正式发布
特斯拉人形机器人“擎天柱”于 2022 年 9 月底亮相。2021 年 8 月，马斯克在特斯拉年度 AI 开放日上首次公开展示了“擎天柱”的想法。仅过一年时间，“擎天柱”原型机于 9 月30 日特斯拉 AI Day 发布，硬件方面，“擎天柱”身高 172CM，整体重量 73KG；行走功率500W，坐下功率 100W，整体参数与 2021 年概念机略有出入（概念机参数：身高172CM，体重 57KG，负载 20KG，行走速度最高可达每小时 8 公里），我们认为存在进一步降本空间。
电机驱动上，“擎天柱”拥有 2.3KWH、52V 电压的电池组，内置电子电器元件的一体单位，支持人形机器人工作一整天；选用 28 个定制关节驱动器，复用汽车动力总成设计经验，设计 6 种关节驱动器，包括 3 种不同规格的舵机（采用谐波减速器）和 3 种不同规格的直线执行器（采用永磁电机，可抬动 1.5 吨三角钢琴的），找到成本与效率的最佳组合。
量化人体运动轨迹与关节受力，帮助机器人行动更加灵活。以膝盖为例，特斯拉采用仿生思维将机器人膝关节构造成四连推杆结构，复用汽车底层技术，将机器人腿部组件产生的压力数据线性化，优化机器人在不同的运动过程中的下肢运动和力度控制能力。
灵活度方面，“擎天柱”全身约 50 个自由度，手指灵敏度高，能够满足多种规格的物体抓取需求。机器人单手具有 6 个执行器，11 个自由度，在对生拇指与金属肌腱的配合下，“擎天柱”能够完成对不同重量和大小的物件的抓握。同时，特斯拉机械手搭载能够驱动手指感知物体的传感器，帮助其识别需要抓握的物体，并在不断的抓握过程中学习提高机械手适应性。
“擎天柱”是特斯拉 FSD 自动驾驶技术的集大成者。特斯拉采用与 Autopilot 相同的算法框架，通过自动标注（Auto Labeling）、仿真(Simulation)和数据引擎（Data Engine）形成训练数据用以训练“擎天柱”的神经网络，使特斯拉人形机器人能够做到损伤控制、感知周围环境、自主规划行动路径、直立行走并保持相对平衡等功能。
以视觉导航为例，特斯拉依靠纯视觉解决方案在 AI 算法领域一枝独秀。“擎天柱”采用智能驾驶摄像头（鱼眼广角+左右摄像头）与 Autopilot 算法，内置 FSD 芯片，能够识别周围物理环境的高频特征并进行立体渲染，构建了机器人良好的空间感知能力。
“擎天柱”的大脑位于躯干，搭载特斯拉自研的 DOJO 超级计算机，其基本单元是 D1芯片（共计 1500 个）。D1 芯片单体采用分布式结构和 7 纳米工艺，具有超强算力和带宽，相邻芯片间通过自创高宽带、低延迟的连接器连接，最新 Dojo ExaPOD 由多 Dojo 机柜组成，内含 3000 个 D1 芯片，拥有 1.3TB 的高速 SRAM、13TB 的高带宽 DRAM，算力高达1.1 EFLOP。
人形机器人应用领域正在逐渐打开。AI Day 上，“擎天柱”演示了浇花、搬运纸箱、金属块等工作，能够很好地完成视觉识别、抓握、下蹲、直立行走等动作，研发团队也在不断更新优化，有望在未来解锁更多应用场景，目前目标客群未知。
