人形机器人的几大技术难点是什么

很多人问我，“在现实生活中看到人形机器人，还需要多少年？” 这个问题很难给个确切的答案，以乐观派 Elon 的说法，2年内即可量产落地，而反观人形这么些年的研究历程，受限于场景、对复合技术的极高要求，也许至少3-5年才能探索到顺畅的商业模式。

我们到底需不需要人形？能怎么用？是否有开发的必要？这些问题争议性比较大，今天发表下自己的观点?先说结论，人形机器人的研究的意义在于：1. 开发最适应人类社会的机器人形态，实现终极机器替人，但场景需要新的突破；2. 人形对软硬件复合技术的要求极高，奔着人形做研发的机器人公司能掌握最全面的技术栈。

第一台人形机器人于21世纪以前就诞生了【I. 开发最适应人类社会的机器人形态，但场景需要新的突破】人形机器人的目标是成为机器人界的iPhone，也就是终极、通用形态，我们拆解一下，所需的能力包括运动（下肢-底盘/四足/双足）、操作（上肢-单臂/双臂）、交互（脸）。

通过排列组合，满足这些条件的机器人形态可以是：- 形态最简洁，类似Google Everyday Robot，移动底盘+单臂；- 运动能力最佳，半人马，四足+单或双臂；- 可范化性最高，人形，双足+双臂，也就是Tesla和波士顿动力的方向。

?左至右：Google、BostonDynamics、Tesla如果需要开发一台机器人，作为日常助手，最简单的方案可能是Everyday Robot的方案，可以完成生产生活中的大部分工种但遇到需要上下楼梯、或双臂协同的工种，这个形态就有很大的局限性。

由于人类社会的所有环节都是为人类行动设计的，因此，人形机器人可能是最适合人类社会的形态，技术成熟后，可以无缝嵌入所有环境另外，来看一组数据：2021年，中国劳动力缺口1,180万人、美国劳动力缺口710万人，全球人口将在本世纪中叶达到峰值。

从补充劳动缺口的角度，需要一类机器人来替代工人，我们画过一张表来衡量替人顺序，概括来说：在中国劳动力成本尚低的背景下，通用机器人会先替代有一定学习门槛、工资门槛的技工，接着逐步渗透到其他象限?先替代有一定学习门槛、工资门槛的技工，接着逐步渗透到其他象限那么人形机器人近期到底能用在哪儿呢？以优必选为例，第一批人形机器人已经广泛用在教育、迎宾上，公司2023年报了港交所，这里较难诞生增量de 市场机会。

而第二代的机器人有可能逐步渗透各大生产生活环节举个例子来说，Tesla 的人形机器人将用于汽车产线需要强调的是，在汽车制造流程中，传统存量机器人环节包括冲压 (机床)、焊接、码垛、喷涂等，以上环节的工业机器人已饱和。

但仍有大量环节用到人工，比如各流程之间的搬运、安装车门车座等，这些都是传统工业机器人无法完成，也是人形机器人能进一步渗透的环节作为工业机器人渗透最高的行业，汽车制造产线上仍有大量人工环节另外，人形机器人的造价和售价还没有共识。

2017-2018年时，国际公认一台人形机器人的成本30万人民币之内，目前降低到最低成本10-15万成本难下降的问题在于all-purpose，导致不能聚焦在某一个场景据说 Tesla Optimus 目前物料成本 20万美金，目标是2025-2027年，量产后售价2万美金（预计成本7-10万人民币）。

【II. 人形对软硬件复合技术的要求极高，奔着人形做研发的机器人公司能掌握最全面的技术栈】人形机器人之所以离落地较远，其中一个限制因素是其对于技术的要求极高，尤其是运动控制软件、本体硬件之间的复合能力，这也导致我们看到的大部分 demo 机都站不住、走不稳、动作僵硬，很难完成劳动任务。

注：波士顿动力作为特殊讨论，这家公司的产品虽然能跑酷，但属于不计成本地提升运动能力，实际工作中功耗极高、噪音极大，无法量产落地人形机器人硬件性能指标我们来盘一下人形机器人的几大技术难点：技术难点1：平衡整机功率、续航能力从续航能力看，目前人形机器人大多只能续航 1-2 小时，未来预测可以提升到 20 小时，而对比人类工人可以持续工作 7-8 小时，机器人尚未达到可用的程度。

究其原因，人形机器人每个关节都需要大电机，导致整体功率大、续航短这里面需要新的结构设计、算法设计技术难点2：运动能力、步态控制尤其是国内做步态控制 (locomotion) 人才很少，下面总结了集中运动控制的技术路径，仍在探索中，格局未定。

?整机控制技术路径对比技术难点3：核心零配件，一体化关节对比新能源车和人形机器人的成本构成：电池成本占比由38%降低到2%，电机电控成本由12%提升到39%当前痛点在于成本高、定制化需求高整机成本中，电机占比40-50%、减速器占20%。

?人形机器人的电池成本占比由38%降低到2%，电机电控成本由12%提升到39%其中，控制器、执行器都可以国产，特殊部位的零配件需要进口，需要平衡质量、价格、供货周期（国内定制需要 2-3 个月，进口需要 8-10 个月）。

之前已经在做电机、减速器的厂家，由于只做过制造业机械，未来可能会催生新的上游?仿生部件需要找科研团队定制，包括电子皮肤、人工肌肉、人工软骨等国内容易被制约的零部件，包括机械部件新材料、电路板相关的传感器和控制器、通讯模块芯片、电路管理芯片。

Tesla 6种定制电机和驱动器【国内外人形机器人公司盘点】顺着人形的技术路径去做的公司，可以说是给自己出了机器人界最难的一道题，各家进展各有不同，以下是重点公司盘点：- 海外量产标杆：Tesla bot-?海外运动性能标杆：Boston Dynamics-?从大模型切入：1x、Ameca- 海外其他创业公司：figure、Agility Robotics、Sanctuary AI、prosper- 国内公司：优必选、小米CyberOne、腾讯Robotics X、钢铁侠、学校实验室（北理工黄强、清华赵明国、浙大熊蓉、中科大刑天）等部分人形机器人产品参数对比Tesla Bot，Optimus- 21年8月发布概念，6个月开发出来，重量73kg，电池2.3kwh，续航8h，身体28个自由度。

- 目标是大规模量产，大量重复可替代的零部件，降低成本，用软件反哺硬件（比如从8个摄像头降低到3个）- 自研6种电驱执行器，可拉动500kg的钢琴，响应速度高达10khz，但需要搭配谐波减速器（关节，用转速去换扭矩）。

- 扭矩密度高，则爆发力强、消耗铜损低、所以optimus输出大时，续航长、发热低Tesla最新发布的视频中，机器人已经可以实现：1.?端到端动作生成、遥操作和示教功能；2.?下肢力矩控制频率高（估计达到1000hz），使得脚步足够轻，不踩破鸡蛋波士顿动力- 1992年开始迭代，重量150kg，电池3.7kwh，续航1h。

目标是展示超越人类的运动能力- 驱动：液压，液体压缩泵产生高压液体，高压液体对输出泵做功优势是力气大、执行器只需一个，劣势是维护麻烦、响应速度慢金属3d打印制造- 发展历程：1992年，从MIT实验室独立出来；2013年，谷歌以30亿美元收购；2017年，软银从谷歌手中买下，价格未公布；2020年下半年，Spot机器狗发售，售价7.45万美元；2020年12月，现代汽车9.21亿美元收购，公司年支出$1.5亿。

挪威/美国 1x- 历程：2015年成立的挪威公司，最早开发老年服务机器人，最近官宣做安防市场- 团队： CEO，Bernt B?rnich，挪威人AI 负责人，Eric Jang，美籍华裔，Google X 高级研究科学家6年。

- 产品：售价15万美金，身高175cm，体重76kg，单臂负重8kg，时速22km/h最新融资：启动了名为NEO的人形机器人原型研发后，拿到OpenAI、老虎基金的投资- OpenAI COO Brad?Lightcap评价：投资1x瞄准的是机器人硬件技术成熟，在AI加持下开拓更广泛的劳动力市场。

英国Engineered Arts，Ameca- 靠为娱乐行业制作动画人物起家，光场相机扫描真人+3D打印面部肌肉- Ameca接入ChatGPT后，能对人类语言展现流畅情绪和反应?美国 figure.ai- 历程：2022年成立，2023年3月发布01号机器人的宣传视频，计划6个月之内推出测试产品。

- 参数：和特斯拉相似，高1.67m，量59kg，电机驱动，续航5h- 落地场景：仓储物流，已有5款原型机，2024年造50台机器人- 创始人：Brett?Adcock，连续创业者，个人投入$1000万。

从波士顿动力、特斯拉、Google X、机器人实验室IHMC，挖来40位技术专家美国 Agility Robotics- 2015年成立，CEO为CMU博士，第一个推出商用人形机器人，准备在仓库里发力- B+轮融资1.5亿美金，亚马逊、索尼、东京电气TDK。

?加拿大 Sanctuary AI- 2018年成立，上半身人形，下半身轮子，开始在商店进行测试A轮融资 $6,000万英国 Prosper- 2023年发布通用机器人demo，可以整理床铺（难度大，涉及柔性面料的识别和操作）、操作洗衣机，创始人曾任职于OpenAI、Scale AI。

?优必选- 2023年报港交所，估值300亿人民币（PS 21年38x，22年43x）- 2020至2022Q3，收入7.4亿元、8.2亿元和5.3亿元，净亏7.1亿、9.2亿元、7.8亿元，累计卖出50万台- 收入占比：教育 68%、物流 10%、消费 16%、其他 6%- 利润：毛利 31%，销售费用率 46%、研发费用率 61%总结一下，人形机器人目前受限于场景、技术、成本，尚未实现大面积落地，但我们相信，人形是能渗透人类社会的终极形态机器人，实现机器替人、补人。

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