世界主要經(jīng)濟(jì)體人形機(jī)器人的發(fā)展研究

摘 要：隨著生成式人工智能的迅猛崛起，人形機(jī)器人作為人工智能與機(jī)器人技術(shù)交匯的產(chǎn)物，引發(fā)世界主要經(jīng)濟(jì)體的廣泛關(guān)注。本文以2021—2024年中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)等世界主要經(jīng)濟(jì)體在人形機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略與計(jì)劃為切入點(diǎn)，系統(tǒng)梳理了各主要經(jīng)濟(jì)體在人形機(jī)器人領(lǐng)域的重點(diǎn)發(fā)展方向。研究發(fā)現(xiàn)，世界主要經(jīng)濟(jì)體將人形機(jī)器人發(fā)展融入人工智能、機(jī)器人、材料科學(xué)、先進(jìn)制造等領(lǐng)域中，并圍繞人形機(jī)器人的感知決策、控制系統(tǒng)、肢體關(guān)鍵等重點(diǎn)方向開(kāi)展布局。基于上述研究，本文從打造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)、提升整機(jī)制造能力、加快多領(lǐng)域多場(chǎng)景應(yīng)用三方面提出加快推動(dòng)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示建議。

關(guān)鍵詞：人工智能；人形機(jī)器人；發(fā)展戰(zhàn)略

一、引言

生成式人工智能的爆發(fā)，進(jìn)一步加速了“人工智能+機(jī)器人”的發(fā)展進(jìn)程。人形機(jī)器人的發(fā)展歷程可以概括為以下三個(gè)階段：第一階段是早期發(fā)展階段（1972—1986年），以日本早稻田大學(xué)研發(fā)的人形機(jī)器人為主；第二階段是系統(tǒng)高度集成發(fā)展階段（1986—2010年），以本田、軟銀為代表的日本企業(yè)開(kāi)始研發(fā)、推出人形機(jī)器人，該階段的人形機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景較為簡(jiǎn)單，包括展覽和娛樂(lè)；第三階段是高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)發(fā)展階段（2010年-至今），該階段由美國(guó)企業(yè)主導(dǎo)人形機(jī)器人賽道，制造出了科技含量更高、可完成搜救、工廠配送等復(fù)雜任務(wù)的人形機(jī)器人。當(dāng)前，全球人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大，根據(jù)國(guó)際投資銀行高盛集團(tuán)的最新預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，到2035年，全球人形機(jī)器人的出貨量將達(dá)到140萬(wàn)臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到380億美元，較之前的預(yù)測(cè)分別增長(zhǎng)了4倍和6倍。人形機(jī)器人集機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、材料科學(xué)等學(xué)科為一體，在安全救援、醫(yī)療護(hù)理、教育陪伴、娛樂(lè)服務(wù)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，因此加快人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

二、世界主要經(jīng)濟(jì)體人形機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略導(dǎo)向

當(dāng)前，中國(guó)高度重視人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2023年10月，我國(guó)發(fā)布《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》，美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)尚未發(fā)布人形機(jī)器人專(zhuān)項(xiàng)戰(zhàn)略或計(jì)劃，世界主要經(jīng)濟(jì)體人形機(jī)器人戰(zhàn)略布局呈現(xiàn)出與機(jī)器人、人工智能、材料科學(xué)、先進(jìn)制造等領(lǐng)域深度交融的特點(diǎn)。

（一）美國(guó)：高度重視機(jī)器人、人工智能、先進(jìn)制造等領(lǐng)域研發(fā)

機(jī)器人方面，美國(guó)自2011年以來(lái)連續(xù)三次發(fā)布國(guó)家機(jī)器人計(jì)劃（National Robotics Initiative， NRI），2016年美國(guó)在NRI 2.0中提出拓展協(xié)作機(jī)器人的概念，以基礎(chǔ)科學(xué)、方法、技術(shù)和集成系統(tǒng)等為研究重點(diǎn)，加快實(shí)現(xiàn)通用協(xié)作機(jī)器人的愿景，旨在使機(jī)器人像汽車(chē)、計(jì)算機(jī)和手機(jī)一樣成為日常用品。2021年美國(guó)發(fā)布NRI 3.0，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)器人集成系統(tǒng)的研發(fā)，鼓勵(lì)美國(guó)學(xué)術(shù)界、工業(yè)界、非營(yíng)利組織和其他組織之間的合作，從而在基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)的開(kāi)發(fā)、部署和使用之間建立更好的聯(lián)系，推動(dòng)機(jī)器人集成科學(xué)的發(fā)展。

人工智能方面，2023年美國(guó)發(fā)布第三版《國(guó)家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計(jì)劃》，該計(jì)劃是對(duì)2016年、2019年版計(jì)劃的更新，把開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)大、更可靠的機(jī)器人作為重要組成部分之一，指出機(jī)器人能夠充分利用包括感知、物理操作、導(dǎo)航等人工智能在內(nèi)的大部分領(lǐng)域，并在增強(qiáng)或模仿人類(lèi)智力方面具有較大潛力。此外，該計(jì)劃還把機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性和操作性，尤其是機(jī)器人在崎嶇和不確定地形上的移動(dòng)以及機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境與人類(lèi)安全、協(xié)作的互動(dòng)作為重要研究領(lǐng)域之一。

先進(jìn)制造方面，增材制造技術(shù)（3D打印）為解決人形機(jī)器人異形件加工難題提供了新的思路。2022年，美國(guó)發(fā)布《先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略的第一個(gè)支柱是開(kāi)發(fā)和實(shí)施先進(jìn)的制造技術(shù)，并將開(kāi)發(fā)創(chuàng)新材料和加工技術(shù)作為重點(diǎn)目標(biāo)之一，認(rèn)為增材制造是開(kāi)發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)制造材料和技術(shù)的關(guān)鍵，重點(diǎn)關(guān)注開(kāi)發(fā)所有用戶(hù)均可訪問(wèn)的增材制造工藝優(yōu)化框架，以及將增材制造技術(shù)與智能制造平臺(tái)相結(jié)合。

（二）德國(guó)：多學(xué)科多領(lǐng)域夯實(shí)人形機(jī)器人底層技術(shù)

人工智能方面，2023年德國(guó)發(fā)布《人工智能行動(dòng)計(jì)劃》，該計(jì)劃確立了加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、促進(jìn)應(yīng)用和科研成果轉(zhuǎn)化以及保障措施三個(gè)重點(diǎn)行動(dòng)領(lǐng)域，提出加速人工智能轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)效能和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)程，進(jìn)一步加強(qiáng)人工智能機(jī)器人前沿研究。

機(jī)器人方面，2023年德國(guó)發(fā)布《機(jī)器人研究行動(dòng)計(jì)劃》，該計(jì)劃圍繞科學(xué)研究、跨學(xué)科前沿研究成果融合、人才培養(yǎng)和應(yīng)用推廣四個(gè)領(lǐng)域行動(dòng)設(shè)計(jì)了若干實(shí)施路徑，通過(guò)把握機(jī)器人技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的重大機(jī)遇，鞏固加強(qiáng)德國(guó)機(jī)器人的創(chuàng)新地位。該計(jì)劃旨在落實(shí)《未來(lái)研究與創(chuàng)新戰(zhàn)略》和《人工智能行動(dòng)計(jì)劃》中的相關(guān)內(nèi)容，具體資助項(xiàng)目包括基于人工智能的機(jī)器人算法和創(chuàng)新傳感器，減輕護(hù)理人員負(fù)擔(dān)的服務(wù)機(jī)器人和救援機(jī)器人等。

材料科學(xué)方面，2023年德國(guó)發(fā)布《輕量化戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略采用整體化、跨行業(yè)和跨材料的方法，通過(guò)先進(jìn)的制造工藝、創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方法和有針對(duì)性的材料選擇，實(shí)現(xiàn)材料節(jié)約和重量?jī)?yōu)化，相關(guān)材料包括金屬、碳和玻璃纖維、塑料和生物原材料。

（三）日本：重點(diǎn)圍繞人工智能夯實(shí)人形機(jī)器人發(fā)展基礎(chǔ)

2022年日本發(fā)布《人工智能戰(zhàn)略2022》，該戰(zhàn)略旨在通過(guò)開(kāi)發(fā)和展示模仿大腦機(jī)制的人工智能節(jié)能技術(shù)、收集和建立日語(yǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)集、開(kāi)發(fā)大規(guī)模語(yǔ)言模型等方面的措施促進(jìn)人工智能的社會(huì)應(yīng)用。

在人形機(jī)器人涉及的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域方面，2024年日本發(fā)布《統(tǒng)合創(chuàng)新戰(zhàn)略2024》，該戰(zhàn)略提出了三項(xiàng)強(qiáng)化措施，即關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)的綜合性戰(zhàn)略、在全球視角下加強(qiáng)合作、提升人工智能領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力并確保安全，并將人工智能、材料科學(xué)等認(rèn)定為重要技術(shù)領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)通過(guò)跨領(lǐng)域的技術(shù)融合加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，實(shí)現(xiàn)人工智能創(chuàng)新和安全發(fā)展，加速創(chuàng)新材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，以提升日本在尖端技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

（四）韓國(guó)：聚焦機(jī)器人戰(zhàn)略加快人形機(jī)器人創(chuàng)新步伐

機(jī)器人方面，2022年韓國(guó)發(fā)布《2022年智能機(jī)器人實(shí)行計(jì)劃》，該計(jì)劃旨在加強(qiáng)韓國(guó)政府對(duì)工業(yè)和服務(wù)機(jī)器人的持續(xù)投資和支持，并放寬限制打造促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)境，2022年韓國(guó)政府投入2440億韓元（約合2億美元）開(kāi)展工業(yè)及服務(wù)機(jī)器人研發(fā)和普及。2024年韓國(guó)發(fā)布《2024—2028年第四個(gè)智能機(jī)器人基本計(jì)劃》，概述了從制造業(yè)到物流、服務(wù)、國(guó)防、社會(huì)保障、醫(yī)療保健和護(hù)理行業(yè)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，到2030年的目標(biāo)包括部署機(jī)器人100萬(wàn)臺(tái)，關(guān)鍵部件的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)率提高到80%，完善促進(jìn)先進(jìn)機(jī)器人部署所需的51項(xiàng)法規(guī)，以及培養(yǎng)人才超過(guò)15000名。此外，該計(jì)劃還將建立機(jī)器人友好型基礎(chǔ)設(shè)施，制定機(jī)器人倫理準(zhǔn)則，驗(yàn)證處于開(kāi)發(fā)階段的機(jī)器人的穩(wěn)定性、可靠性，從而實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人的快速商業(yè)化。

（五）中國(guó)：高度重視人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，率先發(fā)布指導(dǎo)文件

中國(guó)高度重視人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2023年10月，工信部印發(fā)《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指導(dǎo)意見(jiàn)》），旨在推動(dòng)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，有力支撐現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)。《指導(dǎo)意見(jiàn)》圍繞關(guān)鍵技術(shù)突破、產(chǎn)品培育、場(chǎng)景拓展、生態(tài)營(yíng)造以及支撐能力5方面部署了相關(guān)任務(wù)。《指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，到2025年，人形機(jī)器人創(chuàng)新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，整機(jī)產(chǎn)品達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并在特種、制造、民生服務(wù)等場(chǎng)景得到示范應(yīng)用，到2027年，人形機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提升，產(chǎn)業(yè)加速實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景更加豐富，形成具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

綜上所述，2021—2024年世界主要經(jīng)濟(jì)體在人形機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)布的未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃，涉及人工智能、機(jī)器人、材料科學(xué)、智能制造等多種前沿領(lǐng)域。當(dāng)前，中國(guó)率先面向人形機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)布了專(zhuān)門(mén)的指導(dǎo)意見(jiàn)，美國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)雖然均尚未發(fā)布專(zhuān)門(mén)的人形機(jī)器人戰(zhàn)略，但是美國(guó)和德國(guó)圍繞人工智能、機(jī)器人、先進(jìn)制造、材料科學(xué)等多領(lǐng)域的技術(shù)不斷夯實(shí)人形機(jī)器人發(fā)展基礎(chǔ)，日本和韓國(guó)則分別聚焦人工智能、機(jī)器人發(fā)展，為人形機(jī)器人發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

三、全球主要經(jīng)濟(jì)體人形機(jī)器人的重點(diǎn)發(fā)展方向

全球人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快車(chē)道，世界主要經(jīng)濟(jì)體圍繞人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上下游開(kāi)展布局。在中游環(huán)節(jié)，美國(guó)的特斯拉、波士頓動(dòng)力，日本的本田、中國(guó)的優(yōu)必選、小米等全球主要經(jīng)濟(jì)體的多家中游企業(yè)積極布局并發(fā)布Optimus、Atlas、ASIMO、Walker X、Cyberone等相關(guān)產(chǎn)品。在下游環(huán)節(jié)，美國(guó)特斯拉、Figure AI以及中國(guó)優(yōu)必選等人形機(jī)器人企業(yè)在工業(yè)制造、服務(wù)業(yè)、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域開(kāi)展應(yīng)用探索。在上游環(huán)節(jié)，全球主要經(jīng)濟(jì)體主要圍繞人形機(jī)器人感知決策系統(tǒng)、算法控制系統(tǒng)、肢體關(guān)節(jié)系統(tǒng)三方面進(jìn)行布局。

人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上游具有產(chǎn)品附加值高的特點(diǎn)，因此得到世界主要經(jīng)濟(jì)體相關(guān)企業(yè)的前瞻布局，如美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)等全球經(jīng)濟(jì)體以及挪威、丹麥、瑞典、比利時(shí)等北歐創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)的相關(guān)企業(yè)在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上游均有重點(diǎn)布局及關(guān)鍵產(chǎn)品。

（一）感知決策系統(tǒng)

人形機(jī)器人的感知決策系統(tǒng)負(fù)責(zé)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和思維等更高層次的認(rèn)知功能，具體表現(xiàn)為環(huán)境感知能力，以及包括行為控制和人機(jī)交互在內(nèi)的決策執(zhí)行能力，環(huán)境感知能力又包括視覺(jué)和觸覺(jué)兩個(gè)方面。

視覺(jué)方面，美國(guó)人形機(jī)器人相關(guān)傳感器企業(yè)采用的“時(shí)間飛行法+雙目視覺(jué)”方案有望成為主要的技術(shù)路徑。目前大多數(shù)人形機(jī)器人使用的是三維視覺(jué)傳感器，該傳感器的主要技術(shù)路徑有三條。第一條路徑為“雙目視覺(jué)+時(shí)間飛行法”方案，主要采用企業(yè)為美國(guó)的Stereolabs和菲力爾 ；第二條路徑為“時(shí)間飛行法+多攝像頭”方案，主要采用企業(yè)包括美國(guó)的微軟、日本的索尼；第三條路徑為“結(jié)構(gòu)光+復(fù)雜算法”方案，主要采用企業(yè)包括挪威的Zivid、比利時(shí)的 Pickit、美國(guó)的英特爾。為再現(xiàn)人眼的工作原理，人形機(jī)器人綜合視覺(jué)解決方案的未來(lái)趨勢(shì)將以雙目視覺(jué)為主要形式，以時(shí)間飛行法、結(jié)構(gòu)光技術(shù)為輔助彌補(bǔ)其低夜視能力和高算法功耗。

觸覺(jué)方面，仿人化力控、柔性電子皮膚發(fā)展空間廣闊，澳大利亞、丹麥、美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)均有布局。具體來(lái)看，澳大利亞的Contactile是機(jī)器人觸覺(jué)傳感器領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)，該企業(yè)致力于實(shí)現(xiàn)智能靈巧的機(jī)器人抓取，其觸覺(jué)傳感器為機(jī)器人抓取系統(tǒng)提供了人手的感官優(yōu)勢(shì)，同時(shí)沒(méi)有與尺寸、強(qiáng)度、環(huán)境和疲勞相關(guān)的物理限制。丹麥的OnRobot由OnRobot、OptoForce和Perception Robotics三家創(chuàng)新型臂端工具企業(yè)合并而成，該企業(yè)為機(jī)器人協(xié)作應(yīng)用提供了各種工具和軟件，包括電動(dòng)、真空和磁力夾持器、夾持技術(shù)、力/扭矩傳感器、視覺(jué)系統(tǒng)、螺絲刀、砂光機(jī)套件和工具更換器。美國(guó)的ATI是世界領(lǐng)先的機(jī)器人配件和手臂工具的工程企業(yè)，產(chǎn)品包括自動(dòng)工具更換器、多軸力/扭矩傳感系統(tǒng)、實(shí)用耦合器、材料去除工具、機(jī)器人碰撞傳感器、手動(dòng)工具更換器和順應(yīng)性設(shè)備。韓國(guó)的Robotous致力于為機(jī)器人系統(tǒng)提供高精度和可靠的六維力傳感器，以幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的觸覺(jué)感知和精確的運(yùn)動(dòng)控制，其傳感器技術(shù)可以實(shí)時(shí)捕捉機(jī)器人與環(huán)境之間的交互力，為機(jī)器人提供精準(zhǔn)的定位、操作和協(xié)作能力。目前人形機(jī)器人觸覺(jué)的主流解決方案是六維力傳感器，力傳感器技術(shù)發(fā)展的三大趨勢(shì)是壓電/電容式、微機(jī)電系統(tǒng)多種感力元件的集成化運(yùn)用、感力元件開(kāi)發(fā)。

決策執(zhí)行方面，類(lèi)腦芯片和機(jī)器人大模型RobotGPT將推動(dòng)人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自然智能，美國(guó)和中國(guó)的企業(yè)在此領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。當(dāng)前美國(guó)的Alphabet、微軟、英偉達(dá)、OpenAI，以及中國(guó)的百度等科技企業(yè)已經(jīng)在圍繞“人工智能芯片+ChatGPT大模型”賦能人形機(jī)器人發(fā)展，依靠自然語(yǔ)言處理能力、機(jī)器學(xué)習(xí)、監(jiān)督學(xué)習(xí)及ChatGPT不斷迭代的技術(shù)能力實(shí)現(xiàn)高程度語(yǔ)言智能，如OpenAI的大模型包括GPT系列模型和DALL-E等。美國(guó)的Neuralink，以及中國(guó)的他山科技、達(dá)闥機(jī)器人等企業(yè)正在圍繞人形機(jī)器人的邏輯數(shù)學(xué)智能、空間智能、身體動(dòng)覺(jué)智能、人際智能和自然智能加緊“類(lèi)腦芯片+RobotGPT大模型”研發(fā)。

（二）算法控制系統(tǒng)

人形機(jī)器人的算法控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和平衡機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，包括搭建運(yùn)動(dòng)控制算法庫(kù)和建立網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)架構(gòu)兩個(gè)方面。

運(yùn)動(dòng)控制算法方面，自研運(yùn)控算法未來(lái)或成為人形機(jī)器人企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，韓國(guó)、美國(guó)、中國(guó)企業(yè)多采用離線(xiàn)行為庫(kù)和實(shí)時(shí)調(diào)整相結(jié)合的方案。目前多數(shù)人形機(jī)器人企業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制算法均為自研，但思路較為相似，即采用了離線(xiàn)行為庫(kù)和實(shí)時(shí)調(diào)整相結(jié)合的方案。如韓國(guó)現(xiàn)代汽車(chē)公司旗下人形機(jī)器人企業(yè)波士頓動(dòng)力基于離線(xiàn)行為庫(kù)和模型預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)人形機(jī)器人Atlas的行為控制，使機(jī)器人能夠在考慮環(huán)境的同時(shí)規(guī)劃復(fù)雜的全身運(yùn)動(dòng)。美國(guó)特斯拉的人形機(jī)器人 Optimus的步態(tài)規(guī)劃算法思路和Atlas類(lèi)似，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器基于預(yù)期路徑生成參考軌跡，控制器根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)信息對(duì)機(jī)器人進(jìn)行姿態(tài)估計(jì)，對(duì)行為參數(shù)進(jìn)行校正，也有助于應(yīng)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)環(huán)境。中國(guó)樂(lè)聚的人形機(jī)器人KUAVO在離線(xiàn)全動(dòng)力學(xué)規(guī)劃和實(shí)時(shí)全身運(yùn)動(dòng)控制算法基礎(chǔ)上，加入了在線(xiàn)軌跡重規(guī)劃，能夠在復(fù)雜地形和環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定控制。樂(lè)聚機(jī)器人專(zhuān)注于機(jī)器人關(guān)鍵共性技術(shù)研究，是一家專(zhuān)注于高端智能人形機(jī)器人研究與開(kāi)發(fā)的高科技企業(yè)，2023年該企業(yè)與深開(kāi)鴻宣布合作，推出首款基于開(kāi)源鴻蒙系統(tǒng)的人形機(jī)器人。

網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)方面，目前大多數(shù)人形機(jī)器人基于美國(guó)斯坦福大學(xué)的機(jī)器人操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，開(kāi)源鴻蒙有望成為中國(guó)人形機(jī)器人的主流操作系統(tǒng)。機(jī)器人操作系統(tǒng)起源于美國(guó)斯坦福大學(xué)，2022年被美國(guó)Alphabet旗下公司Intrinsic收購(gòu)，目前大多數(shù)人形機(jī)器人基于該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。2023年11月，中國(guó)樂(lè)聚機(jī)器人與深開(kāi)鴻聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基于開(kāi)源鴻蒙系統(tǒng)的人形機(jī)器人打破了這一現(xiàn)狀。機(jī)器人操作系統(tǒng)與開(kāi)源鴻蒙系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)環(huán)境、硬件支持、生態(tài)系統(tǒng)等方面存在較大差異，但后者具備與外部傳感設(shè)備數(shù)據(jù)互聯(lián)、超級(jí)終端多設(shè)備連接的特性，安全性更高，能夠助力人形機(jī)器人智能、高效、精準(zhǔn)完成工作。

（三）肢體關(guān)節(jié)系統(tǒng)

人形機(jī)器人的肢體關(guān)節(jié)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)成本控制和效率提升的核心要素，主要包括一體化關(guān)節(jié)、輕量化本體和動(dòng)力單元。

一體化關(guān)節(jié)方面，日本的哈默納科、德國(guó)的舍弗勒集團(tuán)、瑞士的ABB是人形機(jī)器人關(guān)節(jié)領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。哈默納科是全球諧波齒輪減速器龍頭企業(yè)，其減速器產(chǎn)品經(jīng)過(guò)用戶(hù)長(zhǎng)期使用驗(yàn)證。舍弗勒集團(tuán)是生產(chǎn)滾動(dòng)軸承和直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品的全球領(lǐng)先企業(yè)，也是全球知名的核心傳動(dòng)部件絲桿生產(chǎn)企業(yè)。高質(zhì)量一體化關(guān)節(jié)是降低人形機(jī)器人制造成本的關(guān)鍵，人形機(jī)器人一體化關(guān)節(jié)約占整體成本的50%，多數(shù)人形機(jī)器人整機(jī)有執(zhí)行器超40個(gè)，包括直線(xiàn)執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和靈巧手三類(lèi)，目前執(zhí)行器多采用“無(wú)框力矩電機(jī)+諧波/行星減速器+傳感器+絲杠+軸承”方案，其中行星減速器具有高剛性和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，能夠用于高承載力的關(guān)節(jié)。

輕量化本體方面，美國(guó)特斯拉第二代人形機(jī)器人Optimus Gen2采用聚醚醚酮材料，性能大幅提升。本體輕量化可大幅提高人形機(jī)器人靈活性和工作效率，減輕其運(yùn)動(dòng)慣性，提高安全性，聚醚醚酮有望成為人形機(jī)器人輕量化的核心材料。英國(guó)的威格斯是生產(chǎn)聚醚醚酮的全球領(lǐng)先企業(yè)，其不斷創(chuàng)新聚醚醚酮材料形態(tài)和部件。當(dāng)前多數(shù)人形機(jī)器人使用碳纖維或鎂鋁合金等復(fù)合材料制作的機(jī)械臂，如德國(guó)宇航中心第三代輕型機(jī)械臂LWR III通過(guò)碳纖維材料達(dá)到輕量化效果。聚醚醚酮能夠滿(mǎn)足人形機(jī)器人高強(qiáng)度輕量化要求，在人形機(jī)器人肢體方面具有較大的應(yīng)用潛力，由于采用聚醚醚酮，特斯拉第二代人形機(jī)器人Optimus Gen2較上一代重量減輕10千克，步行速度提升30%。動(dòng)力單元方面，中國(guó)的寧德時(shí)代有望成為中型電池和人形機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一。目前人形機(jī)器人普遍采用三元鋰電池，相比于汽車(chē)采用的磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池的電流密度更高，可以滿(mǎn)足人形機(jī)器人更大的動(dòng)力續(xù)航要求。

四、人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展啟示和建議

人形機(jī)器人反映了當(dāng)今世界智能裝備的最高技術(shù)水平，從上述分析可以看出，全球主要經(jīng)濟(jì)體不斷夯實(shí)人形機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，營(yíng)造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)。基于此，本文提出以下幾點(diǎn)啟示和建議：

（一）營(yíng)造良好的人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)

引導(dǎo)人形機(jī)器人創(chuàng)新要素向基礎(chǔ)好、潛力大的地區(qū)匯聚，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集群。加快建設(shè)人形機(jī)器人開(kāi)源社區(qū)，促進(jìn)人形機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)交流和知識(shí)共享，降低人形機(jī)器人研發(fā)成本和門(mén)檻。建設(shè)一批人形機(jī)器人創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化中心，完善科技中介服務(wù)體系，提高人形機(jī)器人創(chuàng)新成果產(chǎn)業(yè)化服務(wù)水平。建立健全人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，加快人形機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化路線(xiàn)圖研究，滿(mǎn)足人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)化需求。

（二）提升人形機(jī)器人整機(jī)產(chǎn)品的制造能力

提升人形機(jī)器人整機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，加快突破傳感器、絲桿、諧波減速器、軸承等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)低成本、高精度型的人形機(jī)器人整機(jī)產(chǎn)品，提高人形機(jī)器人整機(jī)產(chǎn)品在復(fù)雜極端環(huán)境下的可靠性。增強(qiáng)人形機(jī)器人整機(jī)的批量化生產(chǎn)能力，支持有條件的省市加快構(gòu)筑人形機(jī)器人通用整機(jī)平臺(tái)，解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展共性問(wèn)題，支持人形機(jī)器人個(gè)性化功能開(kāi)發(fā)，加速人形機(jī)器人產(chǎn)品研制。

（三）加快推動(dòng)人形機(jī)器人在多領(lǐng)域多場(chǎng)景應(yīng)用

支持企業(yè)聯(lián)合高校院所等建設(shè)人形機(jī)器人中試驗(yàn)證平臺(tái)，提供中試熟化、工程開(kāi)發(fā)、工藝改進(jìn)、軟件升級(jí)等服務(wù)，加快人形機(jī)器人產(chǎn)品落地和應(yīng)用。加強(qiáng)人形機(jī)器人產(chǎn)品與腦機(jī)接口等前沿技術(shù)的融合，加快人形機(jī)器人新技術(shù)新產(chǎn)品的落地應(yīng)用。打造多領(lǐng)域場(chǎng)景應(yīng)用，推動(dòng)人形機(jī)器人在工廠、醫(yī)療、救援、物流、農(nóng)業(yè)、陪護(hù)、教育等典型場(chǎng)景的深度應(yīng)用，提升人形機(jī)器人任務(wù)執(zhí)行能力。

（作者分別系中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院科技與標(biāo)準(zhǔn)研究所研究總監(jiān)；中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院科技與標(biāo)準(zhǔn)研究所助理研究員）

Research on the Development of Humanoid Robots in Major World Economies

Cao Fang Chi Haotian

Abstract： With the rapid rise of generative artificial intelligence， humanoid robots， as a product of the intersection of artificial intelligence and robotics technology， have attracted widespread attention from the world’s leading economies. This article studies the development strategies and plans of humanoid robots in major economies such as the United States， Germany， Japan， and South Korea from 2021 to 2024， and then systematically summarizes the key directions of humanoid robots in the world’s leading economies.This study found that the world’s leading economies have integrated the development of humanoid robots into artificial intelligence， robotics， materials science， and advanced manufacturing， and laid out around key areas such as perception and decision-making， control systems， and critical limbs of humanoid robots. Based on the above research， this article draws three inspirations to accelerate the development of the humanoid robot industry： creating an industrial innovation ecosystem， enhancing overall manufacturing capabilities， and accelerating multi-field and multi-scenario applications.

Keywords： Artificial Intelligence； Humanoid Robot； Development Strategy