行業(yè)動態(tài)| 2024年全球及中國特種機器人行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢(附政策、市場規(guī)模及重點企業(yè)) 展會快訊

一、智能機器人行業(yè)發(fā)展綜述

(一) 機器人的概念內(nèi)涵

1.?機器人的定義

對于機器人的定義，不同機構(gòu)給予了不同解釋。國際標準化組織（ISO）對機器人的定義為：具有一定程度的自主能力的可編程執(zhí)行機構(gòu)，能進行運動、操縱或定位（8373:2021 Robotics – Vocabulary）。而我國發(fā)布的國家標準?GB/T 39405-2020，機器人是具有兩個或兩個以上可編程的軸，以及一定程度的自主能力，可在其環(huán)境內(nèi)運動以執(zhí)行預(yù)定任務(wù)的執(zhí)行機構(gòu)。

隨著多模態(tài)感知系統(tǒng)、動力學(xué)模型、深度學(xué)習(xí)、定位導(dǎo)航等智能技術(shù)逐步應(yīng)用于機器人領(lǐng)域，智能機器人則在機器人基礎(chǔ)上，具備更強的感知、學(xué)習(xí)和自主能力，可以適應(yīng)更復(fù)雜的環(huán)境和任務(wù)需求。

權(quán)威標準組織對智能機器人的定義尚未形成統(tǒng)一共識，根據(jù)科技詞典McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms?的定義：智能機器人是一種智能機器，可基于編程程序根據(jù)傳感器的輸入信息做出決策與采取行動。根據(jù)調(diào)研，我們認為在機器人概念的基礎(chǔ)上，智能機器人融合智能技術(shù)，具有深度感知、智能決策、泛化交互和靈巧執(zhí)行能力的四大要素。

圖?1?智能機器人的核心要素

深度感知：指機器人具備對周圍環(huán)境及自身狀態(tài)的高度敏銳感知能力。通過多模態(tài)感知系統(tǒng)，機器人可以獲取視覺、聽覺、觸覺、力覺等多種信息，實現(xiàn)對環(huán)境的全方位感知。這種能力使機器人能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，提高對實際場景的理解和應(yīng)對能力。

智能決策：基于深度感知獲取的信息，機器人可以通過先進的算法和機器學(xué)習(xí)技術(shù)進行智能決策。涉及到對大量數(shù)據(jù)的處理、分析和預(yù)測，使機器人能夠在各種情況下做出合理且高效的決策。

泛化交互：機器人能夠與人類及周圍環(huán)境進行自然、流暢的交互，這是智能機器人重要的能力之一。通過語音識別、圖像識別、情感計算等技術(shù)，機器人可以理解人類的需求和意圖，并以人性化的方式回應(yīng)。同時，機器人還能與其他設(shè)備、系統(tǒng)進行協(xié)同工作，實現(xiàn)更為廣泛的應(yīng)用。

靈巧執(zhí)行：基于智能決策和交互，機器人能夠精確靈活地執(zhí)行任務(wù)。通過動力學(xué)模型和控制算法，機器人可以實現(xiàn)對各種復(fù)雜任務(wù)的執(zhí)行，如抓取、搬運、操縱等。同時，機器人還能根據(jù)實際情況對執(zhí)行策略進行自適應(yīng)調(diào)整，以提高任務(wù)完成的效率和穩(wěn)定性。

這四大要素共同構(gòu)成了智能機器人的核心競爭力，隨著科技的發(fā)展和市場的需求，智能機器人應(yīng)用場景不斷擴大，包括制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、醫(yī)療、教育、家庭等各個方面。這為智能機器人產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的市場空間，也促使智能技術(shù)更快地與機器人融合。

綜上所述，機器人學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一個涉及拓撲學(xué)、系統(tǒng)工程、人工智能等多領(lǐng)域交叉的綜合型學(xué)科。而智能機器人作為機器人技術(shù)發(fā)展的一個新階段，涵蓋了多個領(lǐng)域的知識體系。在發(fā)展過程中，各種學(xué)科相互交叉、相互促進，共同推動機器人技術(shù)的進步和發(fā)展。

2.?智能機器人的歷史沿革

智能機器人是一種具有自主感知、學(xué)習(xí)和決策能力的機器人，它的智能級別通常分為?L0?到?L4?五個等級：

L0：無智能。機器人完全依賴預(yù)設(shè)的程序和指令執(zhí)行任務(wù)，沒有自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，完全依賴人為操縱。

L1：基礎(chǔ)智能。機器人具備一定的自主學(xué)習(xí)能力，可以接受預(yù)編程的程序控制，可以識別簡單的環(huán)境和任務(wù)，但決策能力有限。

L2：中等智能。機器人具有較高的自主學(xué)習(xí)能力，可以適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境和任務(wù)，能夠自主按程序運行，但在關(guān)鍵時刻仍需要人類干預(yù)。

L3：高度智能。機器人具有很強的自主學(xué)習(xí)和決策能力，能在復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)，在特定條件下具備自適應(yīng)能力，但無法持續(xù)自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化，在某些情況下仍需要人類輔助。

L4：超級智能。機器人具有極高的自主學(xué)習(xí)和決策能力，能在極端復(fù)雜的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)，完全替代人類。

圖?2?智能機器人發(fā)展脈絡(luò)圖

目前市面上的智能機器人大多處于?L1?到?L3?級別，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展當(dāng)前智能機器人處在?L3?向?L4?進化的關(guān)鍵階段。智能機器人的歷史可以追溯到?20?世紀?40?年代至?60?年代，智能機器人處于?L0?級。1956?年，約翰·麥卡錫?(John McCarthy)?提出了“人工智能”這個概念。在這一年里，第一次人工智能會議在加州大學(xué)伯克利分校舉行。這次會議標志著人工智能領(lǐng)域的正式誕生，也為后來的機器人研究奠定了基礎(chǔ)。計算機科學(xué)家和工程師開始嘗試將機器人和人工智能技術(shù)結(jié)合起來。例如?1954?年麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）生產(chǎn)第一臺能夠預(yù)先編程控制的機器臂，具備了機器人的雛形。

20?世紀?60?年代至?80?年代，機器人技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域和學(xué)術(shù)研究等方面取得了顯著成果。數(shù)字傳感和控制技術(shù)的提升賦予智能機器人感知和決策能力，智能機器人邁向?L1?級。1964?年麥卡錫推出第一個帶有視覺傳感器、能識別并定位積木的機器人系統(tǒng)。工業(yè)機器人開始在制造業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如裝配、搬運、焊接等。服務(wù)機器人慢慢進入人們的視野，1985?年，日本公司?Epson?推出了第一款家庭用機器人“AIBO”。

20?世紀?80?年代至?2010?年代，得益于伺服系統(tǒng)、傳感器和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人能夠在各種復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行精確的任務(wù)。智能機器人邁向?L2?級的標志性的產(chǎn)品是?1990?年?FANUC?推出全球第一款完全由計算機控制的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)。它們在汽車制造、電子產(chǎn)品組裝、化工等領(lǐng)域取代了部分人力，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動成本。在服務(wù)領(lǐng)域，家務(wù)機器人開始進入市場，如掃地機器人、洗碗機等，幫助人們減輕了家務(wù)負擔(dān)，提高了生活質(zhì)量。在醫(yī)療領(lǐng)域，手術(shù)機器人開始投入使用，輔助醫(yī)生進行精密手術(shù)。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，機器人開始在太空執(zhí)行任務(wù)，如國際空間站的建設(shè)和維護。在服務(wù)行業(yè)，如酒店、餐廳、銀行等。這些機器人能夠提供親切的服務(wù)，提高客戶體驗，節(jié)省人力成本。此外，機器人在深?？碧?、野外科考、軍事戰(zhàn)場等方面也發(fā)揮了重要作用。

隨著?2006?年?Hinton?提出深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人工智能算法逐漸落地，智能機器人發(fā)展進入新階段，智能機器人逐步邁向?L3?級。特別是?2020?年至?2023?年的短短三年里，智能機器人的更新?lián)Q代和智能升級進入爆發(fā)期。大模型等?AI?賦能技術(shù)使機器人具有更強大智能和類人特征，通用人工智能突破性的進展和成熟技術(shù)整合，催生了以波士頓動力的?Altas?和特斯拉的?Optimus?為代表的人形機器人。微軟、谷歌、英偉達等科技巨頭積極布局智能機器人新市場新賽道，智能機器人迎來風(fēng)口期和智能水平從?L3?向?L4?進化的關(guān)鍵期。

3.?機器人的分類

國際機器人聯(lián)盟（IFR）根據(jù)應(yīng)用環(huán)境，將機器人分為工業(yè)機器人和服務(wù)機器人兩大類。其中，工業(yè)機器人是指應(yīng)用生產(chǎn)過程和環(huán)境的機器人；服務(wù)機器人是指除工業(yè)機器人以外，用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種機器人，分為個人/家用服務(wù)機器人及專業(yè)服務(wù)機器人。

在我國在?2020?年發(fā)布的最新標準中，按照應(yīng)用領(lǐng)域，將機器人分為：工業(yè)機器人、個人/家庭服務(wù)機器人、公共服務(wù)機器人、特種機器人和其他應(yīng)用機器人五個類別。此外，也可按照運動方式、機械機構(gòu)類型、編程和控制方式對機器人進行分類。

圖?3 GB/T 39405-2020?根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的機器人分類

自?2021?年?6?月?1?日起，我國實施了國家標準《機器人分類》（GB/T 39405-2020），該標準根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)C器人分為以下幾類：

工業(yè)機器人：自動控制的、可重復(fù)編程、多用途的操作機，可

對三個或者三個以上軸進行編程，它可以是固定式或移動式。在工業(yè)自動化中使用。按其使用用途可分為：搬運作業(yè)/上下料機器人、焊接機器人、噴涂機器人、加工機器人、裝配機器人、潔凈機器人、其他工業(yè)機器人。

個人/家用服務(wù)機器人：在家居環(huán)境或類似環(huán)境下使用的，以滿足使用者生活需求為目的的服務(wù)機器人。按其使用用途可分為：家務(wù)機器人、教育機器人、娛樂機器人、養(yǎng)老助殘機器人、家用安監(jiān)機器人、個人運輸機器人、其他個人/家用服務(wù)機器人。

公共服務(wù)機器人：應(yīng)用于住宿、餐飲、金融等公共場所，如商場、醫(yī)院、學(xué)校等，為人類提供一般服務(wù)，如導(dǎo)覽、咨詢、安保等服務(wù)。按其使用用途可分為：餐飲機器人、講解導(dǎo)引機器人、多媒體機器人、公共游樂機器人、公共代步機器人、其它公共服務(wù)機器人。

特種機器人：應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域，一般由經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員操作或使用的，輔助和/或替代人執(zhí)行任務(wù)，。這類機器人可以在極端環(huán)境下（如高溫、高壓、輻射等）替代人類完成任務(wù)，保障人員安全和提高工作效率。按其使用用途可分為：檢查維修機器人、專業(yè)檢測機器人、搜救機器人、專業(yè)巡檢機器人、偵察機器人、排爆機器人、專業(yè)安裝機器人、采掘機器人、專業(yè)運輸機器人、手術(shù)機器人、康復(fù)機器人、其他特種機器人。

其他應(yīng)用領(lǐng)域機器人：除以上四類應(yīng)用領(lǐng)域之外的機器人。由于本藍皮書立足于國內(nèi)智能機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，故采用國家標準中對機器人的定義和標準，即本課題的研究范圍為工業(yè)、個人/家庭服務(wù)、公共服務(wù)、特種等領(lǐng)域最具代表性的機器人。

(二) 智能機器人的政策布局

機器人技術(shù)正不斷朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自主化的方向發(fā)展。智能機器人技術(shù)作為衡量一個國家科技發(fā)展水平和國民經(jīng)濟現(xiàn)代化、信息化的重要標志，各主要工業(yè)國持續(xù)推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，通過頂層戰(zhàn)略引導(dǎo)，逐步推動智能機器人技術(shù)融合、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、應(yīng)用創(chuàng)新。

各主要工業(yè)國以美國、歐盟、日本、中國為代表，美國重點發(fā)展智能技術(shù)和與國防等關(guān)鍵領(lǐng)域相關(guān)的機器人產(chǎn)業(yè)；歐盟重點關(guān)注技術(shù)創(chuàng)新和機器人產(chǎn)業(yè)中的中小初創(chuàng)企業(yè)發(fā)展；日本著力發(fā)展工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展和機器人對勞動力短缺的補充；中國以《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和?2035?年遠景目標綱要》為引領(lǐng)，大力推廣機器人全產(chǎn)業(yè)鏈布局域、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和典型場景應(yīng)用。

1.?推動機器人與?AI?等技術(shù)融合提升智能水平

2020?年?9?月由美國計算機社區(qū)聯(lián)盟（CCC）發(fā)布的第四版《機器人路線圖：從互聯(lián)網(wǎng)到機器人》，探討了架構(gòu)與設(shè)計實現(xiàn)、移動性、抓取與操作感知、規(guī)劃與控制、學(xué)習(xí)與適應(yīng)、多機器人系統(tǒng)、人機交互等?8?個研究領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展目標。2023?年?5?月，美國在國家層面發(fā)布了《國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計劃》，明確提出將“開發(fā)功能更強大、更可靠的機器人；改進硬件以促進人工智能”列為優(yōu)先事項。歐盟積極關(guān)注?AI?與機器人的集成應(yīng)用。在《地平線歐洲》工作計劃中，歐盟為機器人相關(guān)項目提供的資金支持從?2021?年規(guī)劃的?1.8?億歐元擴大到了?2.4?億歐元。

除美國、歐盟外，日本、韓國也都發(fā)布了政策文件，進行頂層的戰(zhàn)略引領(lǐng)。2022?年?4?月，日本在《人工智能戰(zhàn)略?2022》中提出將?AI技術(shù)和機器人技術(shù)融合，降低管理成本，提高業(yè)務(wù)效率。2022?年?3月，韓國在《2022?年智能機器人實行計劃》中提出投資?2440?億韓元用于制造和服務(wù)機器人的研發(fā)和推廣，計劃開發(fā)?37?個額外的標準流程模型，推動機器人與?AI、大數(shù)據(jù)?5G、云等技術(shù)融合。

我國積極著眼智能機器人領(lǐng)域發(fā)展，分別在?2021?年?10?月、12月出臺《國家標準化發(fā)展綱要》、《國家智能制造標準體系建設(shè)指南（2021?版）》，強調(diào)要加強智能機器人領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)標準研究，推動產(chǎn)業(yè)變革。

2.?扶持機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展打造基礎(chǔ)設(shè)施

美國在?2023?年?9?月發(fā)布的《美國先進機器人制造創(chuàng)新機構(gòu)》中將在面向任務(wù)規(guī)劃；多機器人-多人協(xié)作；制造機器人的人工智能等方向遴選短周期技術(shù)項目給予資助。作為歐盟成員國之一的法國頒布《“法國?2030”投資計劃》，投資約?58?億美元支持包括機器人技術(shù)在內(nèi)的顛覆性技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)。

日本在?2023?年?7?月發(fā)布的《日本制造業(yè)白皮書》中明確，將工業(yè)機器人指定為?"特定關(guān)鍵商品"，確保關(guān)鍵商品的穩(wěn)定供應(yīng)強化國內(nèi)生產(chǎn)基礎(chǔ)。韓國在?2023?年頒布的《先進機器人監(jiān)管創(chuàng)新計劃》中同樣重點關(guān)注敏捷性、安全性、協(xié)作能力和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

中國在?2021?年?12?月出臺的《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確，要加快解決技術(shù)累計不足、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、高端供給缺乏等問題，推動智能機器人產(chǎn)業(yè)邁向中高端。

3.?推動工業(yè)、服務(wù)、醫(yī)療等領(lǐng)域機器人研究

2021?年美國發(fā)布《美國國家機器人計劃?3.0》中明確支持機器人領(lǐng)域基礎(chǔ)研究，在教育、農(nóng)業(yè)交通、太空醫(yī)藥等領(lǐng)域，每年提供?1.25-1.4?億美元資助。2022?年?10?月美國發(fā)布的《國家先進制造業(yè)戰(zhàn)略》，將機器人技術(shù)與太空增材制造工藝相結(jié)合進行深空探索。歐盟各國家也聚焦智能機器人在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，法國在?2021?年?10?月出臺《法國?2030?投資計劃》：投資?8?億歐元發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)，制造結(jié)合人工智能技術(shù)的機器人，投資約?58?億美元支持包括機器人技術(shù)在內(nèi)的顛覆性技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)。德國頒布的《高科技戰(zhàn)略?2025》戰(zhàn)略文件明確在?2026?年之前每年提供約?7000?萬歐元的資助，推動智能機器人在工業(yè)、醫(yī)療、物流等領(lǐng)域的應(yīng)用。2022?年日本頒布的《機器人新戰(zhàn)略》中明確重點支持制造業(yè)、照護與醫(yī)療、基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域機器人發(fā)展。我國于?2021?年?12?月頒布的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》中已經(jīng)明確，發(fā)展工業(yè)機器人等通用智能制造裝備、融合數(shù)字李生、人工智能等新技術(shù)研發(fā)協(xié)作機器人、自適應(yīng)機器人等新型裝備。2023?年1?月出臺的《“機器人+“應(yīng)用行動方案》和同年?11?月出臺的《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》則共同強調(diào)了聚焦重點應(yīng)用領(lǐng)域和人形機器人，突破機器人應(yīng)用技術(shù)及解決方案，推廣典型應(yīng)用場景。

圖?4?各主要工業(yè)國的智能機器人戰(zhàn)略布局

圖?5?我國的智能機器人發(fā)展格局

二、智能機器人應(yīng)用場景與需求分析

智能機器人在各個領(lǐng)域的應(yīng)用場景不斷拓展。通過對應(yīng)用場景進行深入分析，可以為智能機器人研發(fā)提供有針對性的指導(dǎo)，推動智能機器人技術(shù)不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，以滿足市場和用戶的需求。通過深入了解和挖掘應(yīng)用場景與需求，可以為智能機器人的研發(fā)、應(yīng)用和推廣提供有力支持。提取環(huán)境復(fù)雜度和自主性兩個核心因素對智能機器人應(yīng)用場景進行分類研究。

(一) 智能機器人環(huán)境復(fù)雜度分析

1.?結(jié)構(gòu)化環(huán)境

結(jié)構(gòu)化的場景是指具有明確結(jié)構(gòu)和規(guī)則的場景，該部分場景中的任務(wù)通常具有重復(fù)單一、強度大、目標明確等特點。在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中，機器人通常受到特定設(shè)計與編程限制，它們依靠傳感器來感知周圍的環(huán)境，執(zhí)行預(yù)定義的任務(wù)。

由于工業(yè)生產(chǎn)和制造往往依賴于精確的工藝流程和嚴格的規(guī)范，因此工業(yè)場景通常被認為大部分是高度結(jié)構(gòu)化的環(huán)境。在大部分工業(yè)場景中，設(shè)備和機器通常按照特定的布局進行排列，生產(chǎn)線上的工作流程也被精心設(shè)計，以最大程度地提高效率和質(zhì)量。此外，工業(yè)場景通常采用先進的監(jiān)控和自動化技術(shù)，以確保操作的一致性和可追溯性。這種結(jié)構(gòu)化環(huán)境有助于降低生產(chǎn)中的風(fēng)險和錯誤，并為工業(yè)企業(yè)提供了更好的控制和管理機會，從而推動了工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展和進步。

2.?非結(jié)構(gòu)化環(huán)境

非結(jié)構(gòu)化環(huán)境指的是那些復(fù)雜、多變、難以預(yù)測和不受限制的環(huán)境，其中機器人需要更高程度的靈活性和適應(yīng)能力來執(zhí)行任務(wù)，這種情況下低自主性的機器人在面對這類任務(wù)時，是難以獨自完成任務(wù)的。非結(jié)構(gòu)化環(huán)境具有多樣性、不確定性和動態(tài)性的特點，要求機器人能夠自主地感知、理解和應(yīng)對環(huán)境中的各種變化。在服務(wù)行業(yè)，如餐廳、酒店和零售，以及特殊場景，如緊急救援和自然災(zāi)害應(yīng)對，處置的任務(wù)情況常常多種多樣，不容易預(yù)測和規(guī)范。

因此，服務(wù)和特殊場景大部分被認為是半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化的。在這些環(huán)境中，智能機器人需要具備靈活性、適應(yīng)性和決策能力，以應(yīng)對各種情況。與工業(yè)環(huán)境不同，服務(wù)和特殊場景通常需要更多的人際交往和情感智能，以滿足客戶需求或應(yīng)對緊急情況。這種非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的挑戰(zhàn)性使得這些領(lǐng)域的智能機器人需要具備多樣化的技能和能力，以提供高質(zhì)量的服務(wù)或應(yīng)對多變的情況。

3.?應(yīng)用環(huán)境譜系分析

通過對工業(yè)機器人、服務(wù)機器人和特種機器人共計?50?個應(yīng)用場景的調(diào)研，以自主性水平和場景復(fù)雜度為思考角度對機器人進行分類和定位，得到了智能機器人的應(yīng)用分布圖，如圖?6?所示。

圖?6?智能機器人應(yīng)用分布圖

利用橫軸與縱軸將機器人根據(jù)應(yīng)用場景復(fù)雜度與自主化水平分為四個象限。第三象限為低自主性機器人在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的應(yīng)用，第四象限為低自主性機器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的應(yīng)用，第二象限為高自主性機器人在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的應(yīng)用，第一象限為高自主性機器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的應(yīng)用。

其中，低自主性機器人在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的應(yīng)用有：碼垛、打磨、測溫、消毒、涂膠、搬運、輔助檢查、耗材管理、投料、分揀、信息詢問和遠程輔助。

低自主性機器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的應(yīng)用有：清潔、播撒、監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、烹飪、搬運、檢修、測繪、配送、代步、收割、排爆。

高自主性機器人在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的應(yīng)用有：噴涂、巡檢、運送、施肥、裝配、質(zhì)量檢測、采摘、除草、焊接、營銷、情感陪護。

高自主性機器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的應(yīng)用有：農(nóng)藥噴灑、表演、導(dǎo)覽、康復(fù)、護理、接待、勘測、偵察、教學(xué)、軍事巡邏、藝術(shù)創(chuàng)作、安防、手術(shù)、海底探索、搜救。

由于工業(yè)場景通常被認為是大部分是高度結(jié)構(gòu)化的環(huán)境，工業(yè)機器人的應(yīng)用則集中在分布圖的左側(cè)。而服務(wù)機器人與特種機器人在各個象限均有所分布，由此可見他們的應(yīng)用場景更加復(fù)雜多樣。

(二) 智能機器人自主性分析

1.?低自主性智能機器人需求分析

低自主性智能機器人主要指是一種具有較低程度自主決策和執(zhí)行任務(wù)能力的機器人，具有有限的學(xué)習(xí)能力和感知能力，以穩(wěn)定高效完成單一任務(wù)為主要目標。

低自主性機器人在結(jié)構(gòu)化場景中的任務(wù)單一且確定性強，這種應(yīng)用場景主要為工業(yè)場景，具有任務(wù)重復(fù)單一，強度大，負載大，對自主性需求低但對性能、穩(wěn)定性、精確度需求高的特點。

例如對于測溫工作來說，特別是針對一些容易在人際間傳播的病癥，如新型冠狀病毒等，部署人力檢測是一項成本高、具有一定危險性，但任務(wù)重復(fù)單一的工作。為了解決這一問題，搭載了醫(yī)用級熱成像精準測溫、異常預(yù)警、通信等功能模塊的測溫機器人，可以實現(xiàn)自動化操作、高精度測量、快速響應(yīng)、全天候檢測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析、各種環(huán)境適用以及快速部署等功能。測溫機器人通過熱成像技術(shù)可以快速準確地檢測人體溫度，同時可以實時監(jiān)測人群中的異常情況并發(fā)出預(yù)警信號。此外，這些機器人還具有通信功能，可以將測量數(shù)據(jù)和預(yù)警信息傳輸給管理人員和醫(yī)療機構(gòu)，以便及時采取措施控制疫情的傳播。測溫機器人的出現(xiàn)不僅可以提高測溫工作的效率和精度，同時也可以降低人力成本和風(fēng)險。

根據(jù)上述的分析，可以總結(jié)出在單一結(jié)構(gòu)化場景的智能機器人通常需要具備精確控制、高穩(wěn)定和高精度的需求。

隨著部署場景從結(jié)構(gòu)化環(huán)境逐漸變?yōu)榉墙Y(jié)構(gòu)化環(huán)境，環(huán)境復(fù)雜性和任務(wù)危險性上升，低自主性智能機器人難以獨自完成。因此，低自主機器人在非結(jié)構(gòu)化場景中，需要多個機器人可以相互配合和精確協(xié)調(diào)，以及更好地應(yīng)對這些復(fù)雜環(huán)境，或者通過人機協(xié)同，人類操作員可以在遠程進行監(jiān)控和操作，避免人類直接接觸危險品，提高任務(wù)的成功率和安全性。。

例如對于排爆任務(wù)，這是需要拆除炸彈、處理爆炸物品等危險性極高的工作，需要排爆手具備專業(yè)技術(shù)和心理素質(zhì)，存在危險性高、技術(shù)要求高、任務(wù)難度大等任務(wù)特點，是一項極具挑戰(zhàn)性和危險性的工作。為了降低人員風(fēng)險，排爆機器人輔助人類完成任務(wù)。機器人在此任務(wù)中面臨場景動態(tài)隨機、任務(wù)目標復(fù)雜與單機器難以獨自完成等問題。

根據(jù)上述的分析，可以總結(jié)出低自主機器人在非結(jié)構(gòu)化場景中，產(chǎn)生從穩(wěn)定完成單一任務(wù)到多機/人機協(xié)同的需求變化。

2.?高自主性智能機器人需求分析

高自主性智能機器人是指一類具有較高程度自主決策和執(zhí)行任務(wù)能力的機器人。此類機器人能夠相對獨立地完成各種任務(wù)，而無需頻繁的人類干預(yù)和指導(dǎo)，可以自主學(xué)習(xí)完成任務(wù)的最優(yōu)策略以及對周圍環(huán)境的全面感知。

高自主性智能機器人在結(jié)構(gòu)化場景中任務(wù)的專業(yè)性較強，強調(diào)智能機器人自主學(xué)習(xí)優(yōu)化的能力。這類機器人的應(yīng)用場景具有任務(wù)遵循相似模式、根據(jù)場景智能決策、自主學(xué)習(xí)最優(yōu)策略與重復(fù)任務(wù)的共性特點。

例如焊接機器人，面臨焊縫質(zhì)量差與焊接偏差的問題。這些問題與焊接過程中的電弧穩(wěn)定性、焊縫跟蹤、焊接參數(shù)優(yōu)化等因素密切相關(guān)。為了解決這些問題，需要實現(xiàn)焊縫實時跟蹤、偏差自主補償以及精準定位控制。焊接機器人能夠根據(jù)不同的焊接任務(wù)和環(huán)境，自主進行學(xué)習(xí)和調(diào)整，以適應(yīng)各種復(fù)雜的焊接條件。通過自主學(xué)習(xí)，機器人可以不斷完善自身的技能和知識，提高焊接質(zhì)量和效率。精確控制是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在焊接過程中，機器人需要具備高精度的定位和運動控制能力，以確保焊縫的準確性和一致性。通過精確控制，可以減少焊接偏差和缺陷，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。高穩(wěn)定性是保證焊接機器人長時間穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。由于焊接過程容易受到各種干擾因素的影響，如溫度變化、電源波動等，因此機器人需要具備強大的抗干擾能力和穩(wěn)定性。通過提高機器人的穩(wěn)定性，可以降低故障率和維護成本，提高生產(chǎn)效率。

因此，針對焊接機器人所面臨的問題，自主學(xué)習(xí)、精確控制和高穩(wěn)定性是必不可少的。只有實現(xiàn)這些需求，才能使焊接機器人更加智能化、高效化和可靠化，為工業(yè)生產(chǎn)帶來更多的便利和效益。進一步可以推斷出該場景下對機器人的需求包括自主學(xué)習(xí)、精確控制和高穩(wěn)定性。

高自主性智能機器人在非結(jié)構(gòu)化場景中，自主智能機器人隨著環(huán)境復(fù)雜，還需具備高感知高互動以支持復(fù)雜任務(wù)。這類機器人的應(yīng)用場景具有個性化任務(wù)、感情陪伴、環(huán)境復(fù)雜、獨立任務(wù)、生理極限與危險系數(shù)高的共性特點。

例如在現(xiàn)代社會中，越來越多的人感到孤獨和寂寞，而陪伴機器人的出現(xiàn)可以為人們提供一個可以交流和分享的伙伴，從而滿足人們的情感需求。陪伴機器人可以適應(yīng)個人需求并提供個性化情感陪伴服務(wù)，幫助人們更好地應(yīng)對生活中的挑戰(zhàn)。同時，陪伴機器人也可以作為一種教育和培養(yǎng)意識的工具，幫助人們開闊視野、增加知識儲備和提高科學(xué)素養(yǎng)。傳統(tǒng)機器人面臨著表達能力不足、感情分析能力不足等問題，無法勝任陪伴任務(wù)。高自主性智能機器人具有基于機器學(xué)習(xí)的感情分析與自然語言模型，實現(xiàn)情感陪伴、娛樂、輔助記憶、檢測健康狀態(tài)等功能，并提供適應(yīng)個人需求并提供個性化情感陪伴服務(wù)。

根據(jù)上述分析，在復(fù)雜場景下的高自主性機器人有著高互動性與高感知能力的需求。

3.?智能機器人功能方向分析

圖?7?為智能機器人場景需求總結(jié)及功能方向示意圖：第三象限對應(yīng)結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的低自主機器人，主要需求為準確控制、高穩(wěn)定性和高精度；第四象限對應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的低自主機器人，主要需求為機器協(xié)同與人機協(xié)同；第二象限對應(yīng)結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的高自主機器人，主要需求為自主學(xué)習(xí)與自主優(yōu)化；第一象限對應(yīng)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的高自主機器人，主要需求為高互動高感知。

圖?7?智能機器人場景需求總結(jié)及功能方向示意圖

以上四個象限中機器人的功能需求可以概括如下：

結(jié)構(gòu)化環(huán)境的低自主性機器人的需求主要集中在能夠穩(wěn)定完成單一重復(fù)性任務(wù)，需求準確控制、高穩(wěn)定和高精度。而其他的場景均需要利用機器人的智能，進行任務(wù)和環(huán)境學(xué)習(xí)，因此，自學(xué)習(xí)自優(yōu)化的需求覆蓋了其他三個象限。而對于非結(jié)構(gòu)環(huán)境，如果智能機器人的自主性低，那么會考慮利用機器協(xié)同的方式完成復(fù)雜任務(wù)或輔助人類工作，高自主性的機器人則不僅要全面感知周圍環(huán)境，還需要能夠與人類友好互動。

根據(jù)以上分析，多樣化的場景需求引導(dǎo)智能機器人向著穩(wěn)定高效、認知學(xué)習(xí)、交互協(xié)同和環(huán)境感知四大功能方向升級。

三、智能機器人技術(shù)分析

(一) 智能機器人技術(shù)體系

目前智能機器人已經(jīng)步入了新的發(fā)展周期，在穩(wěn)定高效、認知學(xué)習(xí)、交互協(xié)同和環(huán)境感知四大共性功能需求牽引下，隨著人工智能、多模態(tài)傳感和數(shù)字孿生等領(lǐng)域的先進技術(shù)快速引入和更新，使智能機器人的技術(shù)框架大規(guī)模擴展升級。

圖?8?智能機器人技術(shù)框架

傳感層：傳統(tǒng)機器人主要依賴基礎(chǔ)的感知技術(shù)，而現(xiàn)代智能機器人則深度融合了視覺感知與多模態(tài)感知技術(shù)，為機器人提供更豐富的環(huán)境信息。

執(zhí)行層：除了傳統(tǒng)的執(zhí)行驅(qū)動技術(shù)，智能機器人進一步引入了柔性技術(shù)和一體化硬件技術(shù)，這增強了其執(zhí)行和操作的靈活性。

通信層：與僅使用光纖、藍牙和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的傳統(tǒng)機器人不同，智能機器人已經(jīng)成功地應(yīng)用了?5G/6G?技術(shù)，為其提供了更快速和穩(wěn)定的通信能力。

操作平臺：除了傳統(tǒng)的?ROS?框架和硬件抽象技術(shù)，智能機器人還采用了云操作平臺和開源開放操作系統(tǒng)，增強了其軟件基礎(chǔ)設(shè)施的可擴展性和靈活性。

控制層：除了基礎(chǔ)的姿態(tài)控制和導(dǎo)航定位，智能機器人引入了生肌電一體控制技術(shù)，為其提供了更為精確的控制手段。

智能決策層：傳統(tǒng)機器人多依賴優(yōu)化算法和淺層機器學(xué)習(xí)，但智能機器人則融合了自然語言處理、生成式?AI、深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)、知識圖譜和計算機視覺技術(shù)，提升其決策的智能度。

數(shù)字孿生層：包含運行支撐層、數(shù)孿模型層和應(yīng)用服務(wù)層，涉及邊緣計算、云計算、高性能計算、分布式存儲、機器學(xué)習(xí)、實時仿真和大數(shù)據(jù)分析等多種技術(shù)，為機器人提供了全面的數(shù)字化支持。

交互層：通過?HMI、VR、AR、MR、XR?等技術(shù)，智能機器人實現(xiàn)了更為沉浸和自然的用戶交互體驗。

能源層：在確保功能安全、數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)上，智能機器人還采用了高密度能量電池和高效能源管理技術(shù)，為其提供了持久而穩(wěn)定的能源支持。

(二) 核心技術(shù)分析

1.?傳感層

傳感層是負責(zé)獲取來自外部環(huán)境的信息以支持機器人的決策和行為，是智能機器人感知能力的數(shù)據(jù)來源。隨著深度視覺和多模態(tài)融合技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)逐步實現(xiàn)了機器人的全息智能感知。

3D?傳感技術(shù)實現(xiàn)機器人深度感知。深度視覺感知可以模擬人類視覺系統(tǒng)，從圖像中進行特征提取、識別與分類，其中最新的?3D?傳感技術(shù)通過?3D?超聲波傳感器、3D?激光雷達、stereo?立體照相可以實時獲取環(huán)境物體三維空間信息，實現(xiàn)機器人深度感知。例如?Toposens開發(fā)出基于仿生學(xué)原理的?3D?超聲波傳感器，通過基于聲音的三角測量與復(fù)雜的噪聲過濾軟件相結(jié)合，精確地檢測復(fù)雜物體的立體信息。

多傳感器、多模態(tài)融合實現(xiàn)機器人全息感知。傳統(tǒng)的單模態(tài)感知中機器人通過單一傳感器獲取環(huán)境信息，而多傳感器、多模態(tài)融合綜合利用不同傳感器的信息，可以使機器人更好地理解周圍環(huán)境并做出相應(yīng)的反應(yīng)，提高了物體識別精度和準確性，實現(xiàn)機器人全息感知。

例如?robot flesh?具有先進的光電特性，可以通過可拉伸的光導(dǎo)來編碼觸覺刺激，包括變形、溫度、振動和損傷刺激?？梢杂糜趧?chuàng)造具有高度逼真觸覺反饋的交互式設(shè)備。

2.?執(zhí)行層

執(zhí)行層是將決策轉(zhuǎn)化為具體的物理元件的指令，以驅(qū)動機器人能夠完成特定任務(wù)。隨著柔性技術(shù)和一體化硬件技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)逐步實現(xiàn)了機器人的高性能、緊湊化。

柔性技術(shù)提升向多任務(wù)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性。柔性機器人結(jié)合柔性電子、力感知與控制、人工智能技術(shù)，獲得了力覺、視覺、聲音等感知能力，應(yīng)對多任務(wù)的通用性與應(yīng)對環(huán)境變化的自適應(yīng)性大幅提升，可以提升機器人面對多任務(wù)的通用性與應(yīng)對環(huán)境變化的自適應(yīng)性。例如東南大學(xué)開發(fā)的軟體機器人，通過整合超聲波傳感器和柔性摩擦電傳感器，使其具有遠程物體定位和多模態(tài)認知能力。

高性能的緊湊型執(zhí)行器進一步提升機器人性能，降低成本。傳統(tǒng)機器人出現(xiàn)伺服電機比機器人尺寸更長時直接影響周邊設(shè)備動作，將減速器、編碼器、力傳感器等核心硬件進行一體化設(shè)計，不僅使得工作范圍更加寬廣，也同時提升器件性能，降低成本。例如?Nabtesco開發(fā)出?AF?系列緊湊型執(zhí)行器，使用了?AF?系列緊湊型執(zhí)行器的機器人相較于傳統(tǒng)機器人有以下優(yōu)勢：節(jié)省空間?30%，性能提升，無需密封設(shè)計。

3.?通信層

通信層是實現(xiàn)機器人設(shè)備與控制系統(tǒng)以及智能機器人對外交互的關(guān)鍵部分，當(dāng)前正在向低時延高帶寬的自組織網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。無線通信包含?WiFi、5G/6G?等技術(shù)，大量應(yīng)用機器人內(nèi)部、機器人與云端以及人機交互領(lǐng)域。

低時延高帶寬通信提升機器人性能與效率。傳統(tǒng)通信方式傳輸效率低，難以實現(xiàn)無縫的遠程交互和數(shù)字孿生系統(tǒng)的參數(shù)同步，新興無線通信方式為大帶寬、低延遲和高吞吐量的數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)提供了可能，實現(xiàn)機器人內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸和對外數(shù)據(jù)共享，促進了機器人與人類和其他機器的互動與協(xié)作，有效提升數(shù)據(jù)傳輸效率，提升機器人性能與效率。例如?Halma?公司以約?4,700?萬美元現(xiàn)金收購了水下機器人開發(fā)商?Deep Trekker，其?Bridge?技術(shù)可提供幾乎零延遲的水下無線通信。沃達豐與韓國現(xiàn)代機器人公司合作開發(fā)?5G?服務(wù)機器人，將在醫(yī)院、酒店、餐館和護理機構(gòu)應(yīng)用。

自組織網(wǎng)絡(luò)保證機器人高效協(xié)同控制。無線通信包含?WiFi、5G/6G?等技術(shù)，通過自組網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)多機之間的信息的快速傳遞共享，同時自組網(wǎng)能夠及時感知網(wǎng)絡(luò)變化，自動配置或重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，保證數(shù)據(jù)鏈路的實時連通，保證機器人高效協(xié)同控制，具有高度的自治性和自適應(yīng)能力。例如大疆?RoboMaster TT?編隊飛行套裝機身內(nèi)置高性能?Wi-Fi?模塊，通過針對性設(shè)計的通信網(wǎng)絡(luò)，無需路由器和額外設(shè)備即可實現(xiàn)無人機自行智能組網(wǎng)。

4.?操作平臺

在操作平臺，機器人本機及集群控制，能夠讓機器人系統(tǒng)所有資源最大限度地發(fā)揮作用，當(dāng)前正在向標準化和智能上云的方向發(fā)展。生機電一體化技術(shù)可實現(xiàn)更優(yōu)的人機交互性，以及人體與機器人更好的相容性，已經(jīng)應(yīng)用到仿生機器人、醫(yī)療康復(fù)機器人等制造領(lǐng)域。

機器人操作系統(tǒng)走向統(tǒng)一化標準化開發(fā)。不同行業(yè)應(yīng)用對于機器人操作系統(tǒng)存在共性及差異性需求。中間件處于應(yīng)用和操作系統(tǒng)之間，提供標準接口、協(xié)議、數(shù)據(jù)與服務(wù)管理等機器人基礎(chǔ)通用功能模塊。由于機器人產(chǎn)業(yè)的增長，對底層服務(wù)能力的需求已趨于統(tǒng)一化與標準化。例如?ROS-2?在?ROS（機器人操作系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，增加了穩(wěn)定性、生命周期管理、多機協(xié)同及加密等功能。AMD推出專為機器人設(shè)計的?Kria KR260，支持本機?ROS 2，便于機器人功能開發(fā)。

智慧上云降低了機器人集群部署成本。完成復(fù)雜功能所需的算力成為了智慧機器人大量部署的瓶頸，通過將算力集中到云平臺可降低成本，促進知識融合和智能發(fā)展。例如亞馬遜?RobotMaker?將機器人需要的資源密集型計算流程轉(zhuǎn)移到云端，從而釋放本地計算資源，降低智能機器人大量部署的成本。

5.?控制層

在控制層，管理和執(zhí)行機器人的各種動作和行為，包括運動邏輯和序列的生成，是智能機器人指令執(zhí)行的重要中間環(huán)節(jié)。隨著生機電一體化控制技術(shù)的大幅提高，機器人控制效率與精度也得以提升。

傳感-智能-驅(qū)動閉環(huán)實現(xiàn)機器人靈敏運動。具有單一功能的類生命機器人難以和人類、環(huán)境交互，在具有傳感-智能-驅(qū)動閉環(huán)生命系統(tǒng)中，智能單元的神經(jīng)細胞將在生理上連接傳感單元和驅(qū)動單元，閉環(huán)實現(xiàn)機器人靈敏運動，生機電一體化技術(shù)可實現(xiàn)更優(yōu)的人機交互性，以及人體與機器人更好的相容性。例如?Optimus?機器人通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得機器人周圍環(huán)境良好的體積深度渲染；機器人進行了重新訓(xùn)練，使其滿足人形機器人對維持平衡、步態(tài)規(guī)劃與控制等特有的需求。

運動意圖識別和神經(jīng)反饋提升使用便捷性?；谏鷻C電融合技術(shù)制造的康復(fù)機器人可感知人體的腦電、肌電、力位等信息，從而判斷人體的運動意圖，能夠更加智能化的幫助殘疾患者、術(shù)后康復(fù)患者、年老體弱患者實現(xiàn)康復(fù)，提升使用便捷性?；谏窠?jīng)反饋的康復(fù)機器人。例如?MIT?研發(fā)的?MIT-MANUS?可以輔助或阻礙手臂的平面運動，精確測量手臂的平面運動參數(shù)，并通過計算機界面為使用者提供視覺反饋。

6.?智能決策層

智能決策層是智能機器人的大腦，使機器人能夠適應(yīng)和理解復(fù)雜的環(huán)境進行自主決策，并與人類和其他機器進行交互，完成復(fù)雜任務(wù)需求。通用人工智能作為遠景目標和生成式?AI?處于萌芽期，在行業(yè)的具體應(yīng)用處于初步實現(xiàn)期，智能機器人正在快速走向認知智能。

生成式?AI?輔助精準規(guī)劃決策。傳統(tǒng)?AI?難以實現(xiàn)內(nèi)容的創(chuàng)新，生成式?AI?生成合成數(shù)據(jù)，用于訓(xùn)練用于路徑規(guī)劃的機器學(xué)習(xí)模型，以快速學(xué)習(xí)和適應(yīng)新的環(huán)境和情況，輔助精準規(guī)劃決策。例如微軟將ChatGPT?植入機器人，通過語言直觀地控制機器人手臂、無人機和家庭助理機器人等多個平臺。

通用人工智能提升機器人任務(wù)泛化性。通用人工智能具有跨領(lǐng)域的通用性和綜合思維能力，體現(xiàn)了人工智能算法的廣度，是具備與人類智能相當(dāng)水平和通用性質(zhì)的智能系統(tǒng)，提升機器人任務(wù)泛用性。例如?DeepMind?新發(fā)表?RT-2?是一種視覺-語言-行動模型，使機器人辨識視覺和語言，解釋指令并推斷哪些物體最符合要求。

專用人工智能提升機器人任務(wù)專業(yè)性。專用人工智能專注于解決特殊復(fù)雜任務(wù)的能力，體現(xiàn)了人工智能算法的深度，提供了“機器人+場景”模式的技術(shù)基礎(chǔ)，提升機器人任務(wù)專業(yè)性。例如谷歌研究利用機器學(xué)習(xí)提升機器人穿越復(fù)雜越野環(huán)境的能力，根據(jù)感知的語義決定運動技能，包括機器人的速度和步態(tài)。

7.?數(shù)字孿生層

數(shù)字孿生層基于高保真智能機器人的數(shù)字孿生體實現(xiàn)智能機器人的無痛設(shè)計，離線編程與高效部署，實現(xiàn)機器人的高效部署和全生命周期精準映射，實現(xiàn)全生命周期的多維屬性，實現(xiàn)監(jiān)控、仿真、預(yù)測、優(yōu)化等實際功能和應(yīng)用需求。數(shù)字孿生層包括邊緣計算、云計算在內(nèi)的海量實時數(shù)據(jù)匯聚、分析和處理技術(shù)，基于知識和數(shù)據(jù)驅(qū)動的多類型，多尺度模型搭建與深度集成技術(shù)，和應(yīng)用服務(wù)與運行管理中的基于實時仿真和虛擬測試等技術(shù)。

基于數(shù)字孿生實現(xiàn)機器人的高效部署和快速應(yīng)用。傳統(tǒng)機器人部署需進行大量調(diào)試裝配，通過數(shù)字孿生技術(shù)創(chuàng)造一個數(shù)字化的反饋循環(huán)，實時模擬和優(yōu)化其操作，加速了機器人的部署和應(yīng)用過程，還確保其在復(fù)雜環(huán)境中具備更高的適應(yīng)性和準確性，實現(xiàn)機器人的高效部署和快速應(yīng)用。例如?ABB?的新款五軸機器人?IRB 365?通過使用數(shù)字孿生技術(shù)，可以在幾小時內(nèi)集成到包裝生產(chǎn)線中。英偉達發(fā)布Isaac Sim?機器人平臺，訓(xùn)練機器人可以通過數(shù)字孿生完成，將數(shù)據(jù)上傳到實體機器人，再進行全面訓(xùn)練。

基于數(shù)字孿生實現(xiàn)機器人全生命周期精準映射與高效管理?；?/span>于高保真模型和實時數(shù)據(jù)同步，機器人的數(shù)字孿生體提供了一個全面、實時、動態(tài)的視圖，可以在機器人設(shè)計到退役的整個生命周期中，對機器人物理本體進行高精度數(shù)字化映射，實現(xiàn)全生命周期精準映射與高效管理。例如?PTC?公司推出?ThingWorx?智能數(shù)字孿生平臺，可自動學(xué)習(xí)機器人運行狀態(tài)并自主生成預(yù)測結(jié)果。Fanuc?推出全生命周期的數(shù)字孿生功能，包括數(shù)字化設(shè)計、加工和運維，提升設(shè)計、生產(chǎn)、維護效率等。

8.?交互層

交互層負責(zé)實現(xiàn)機器人與人類用戶、其他機器人或外部系統(tǒng)之間的有效互動和通信，使機器人協(xié)同增強，以及更具社交性。隨著虛擬現(xiàn)實交互，腦機接口技術(shù)的發(fā)展，正在逐步實現(xiàn)人機的多樣化交互。

多模態(tài)、多樣化交互技術(shù)提升人機交互靈活性和自然性。傳統(tǒng)圖形界面/觸摸屏操作繁瑣復(fù)雜，多模態(tài)、多樣化交互技術(shù)更加開放自由、更接近人們?nèi)粘Ｉ畹慕涣鞣绞剑嵘藱C交互靈活性和自然性。

例如?Microchip?開發(fā)基于電場感應(yīng)的?3D?手勢識別技術(shù)，當(dāng)手部在空間中運動時會使電場發(fā)生畸變，電極接收器會感應(yīng)到變化，機器人識別手勢并作出反應(yīng)。

混合模式腦機接口使人機深度融合。傳統(tǒng)的腦機接口通過腦電信號控制外部設(shè)備，不能關(guān)聯(lián)解釋人的大腦信號與表情動作，腦機接口技術(shù)可用于神經(jīng)康復(fù)、深化對大腦的理解，腦電信號、肌電信號、眼電信號的混合接口模式可以提高機器人的選擇正確率，使人機深度融合。例如美國麻省理工學(xué)院利用腦電信號和肌電信號來實時監(jiān)督糾正機器人的動作，可以使得機器人的目標選擇正確率達到70%～97%。

9.?能源層

能源層是智能機器人運行和執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)，新能源技術(shù)進步以及智能能源管理系統(tǒng)提升智能機器人執(zhí)行任務(wù)效率，提升智能機器人能源效率和可持續(xù)性。智能機器人能源領(lǐng)域技術(shù)進展集中在電池技術(shù)創(chuàng)新和智能能源管理系統(tǒng)。

高密度能量電池容量提升增強機器人行動能力。新材料提供更大的存儲能量，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是行業(yè)主流，更高容量的電池支持智能機器人搭載更多耗能負載，擴展機器人功能和應(yīng)用場景，提升增強機器人行動能力。例如寧德時代采用三元鋰電池技術(shù)，麒麟電池系統(tǒng)能量密度可達?255Wh/kg，電池搭載到特斯拉電動車上。比亞迪主要采用磷酸鐵鋰電池技術(shù)，并優(yōu)化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)更高的安全性。

智能能源管理系統(tǒng)優(yōu)化能源消耗。智能能源管理系統(tǒng)可減少不必要的浪費和能源損失，優(yōu)化能源消耗。通過精確監(jiān)控和控制能源使用，提高效益延長能源消耗時間，提升智能機器人執(zhí)行任務(wù)的時長。結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法，提供自動化控制和能源的動態(tài)輸出，降低人為干預(yù)。例如特斯拉?Model S?使用了?18650?電芯，其能源管理系統(tǒng)采用主從架構(gòu)，分別負責(zé)狀態(tài)檢測和溫度檢測。寧德時代的智管理技術(shù)提供實時監(jiān)控和參數(shù)優(yōu)化，進行殘值評估。優(yōu)化能源消耗，延長使用時間。

(三) 總體趨勢

智能機器人技術(shù)正迅速向深度智能驅(qū)動、高效以虛馭實、泛在敏捷操作及多元感知交互方向演進。

圖?9?智能機器人技術(shù)趨勢

1.?趨勢一：深度智能驅(qū)動

趨勢一是深度智能驅(qū)動。隨著新一代人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，智能機器人在復(fù)雜環(huán)境中的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和協(xié)同化能力得到顯著的增強。深度智能驅(qū)動使機器人具備更高智能水平，能夠自主適應(yīng)更加復(fù)雜場景和高難度任務(wù)。深度智能驅(qū)動包括可以實現(xiàn)單體智能提升的新一代深度學(xué)習(xí)技術(shù)，和可以實現(xiàn)集群智能協(xié)同的的智能協(xié)同算法。

新一代深度學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)架構(gòu)實現(xiàn)機器人性能飛躍?；谏?/span>度學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)架構(gòu)，智能機器人的單體智能得以大大提升。迪士尼公司利用新一代深度學(xué)習(xí)流程，大幅高了雙足智能機器人的對于情感的感知和表達能力；清華大學(xué)通過采用新一代深度學(xué)習(xí)架構(gòu)，大幅提升了四足仿生機器人的爬坡能力；騰訊?Robotics X?實驗室引入深度學(xué)習(xí)等前沿算法，提升機器人的靈巧操作能力和解決復(fù)雜問題的能力。

群體智能推動集群機器人向自治自組織的協(xié)同化發(fā)展?；谥?/span>能協(xié)同算法，智能機器人可以實現(xiàn)集群智能協(xié)同。谷歌?DeepMind?團隊及其他?33?個研究機構(gòu)共同發(fā)起的項目，能夠?qū)崿F(xiàn)與不同類型的物理機器人協(xié)同運作，成功執(zhí)行多種任務(wù)。浙江大學(xué)構(gòu)建機器人蜂群，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中進行獨立思考和自主導(dǎo)航飛行。哈工程基于“人工智能+海洋無人系統(tǒng)”?實現(xiàn)海洋機器人集群智能協(xié)同。通過挖掘和擴展人工智能算法在智能機器人領(lǐng)域應(yīng)用的廣度和深度，使智能機器人具備先進智能決策功能，實現(xiàn)機器人自主學(xué)習(xí)以及邏輯推理。研究開發(fā)適應(yīng)不同復(fù)雜任務(wù)和情景的人工智能算法是當(dāng)前的研究熱點。

2.?趨勢二：高效以虛馭實

趨勢二是高效以虛馭實。高保真孿生體在虛擬空間內(nèi)通過深入的分析優(yōu)化、大規(guī)模的虛擬訓(xùn)練，將全面、快速增強智能機器人本體的性能。高效以虛馭實將大幅提升智能機器人訓(xùn)練效果與泛化能力。高效以虛馭實包括可以實現(xiàn)性能提升、能力泛化的大規(guī)模虛擬訓(xùn)練，和可以實現(xiàn)高效部署與管理的數(shù)字孿生。

大規(guī)模虛擬測試極大提升機器人實體性能與泛化能力。基于AIGC?大規(guī)模虛擬仿真和真實數(shù)據(jù)的校準補充，使機器人開發(fā)和訓(xùn)練效果大幅提升。典型代表有如特斯拉，實現(xiàn)?3500?萬的自由度支持機器人控制邏輯的訓(xùn)練；北京大學(xué)包含?133?類?5355?個物體的?132?萬抓取數(shù)據(jù)；谷歌自行創(chuàng)建?10,000?個衍生數(shù)據(jù)庫；DeepMind?模擬機器人臂的數(shù)百萬條軌跡；Inter?通過?ART-TEP?將仿真訓(xùn)練/測試和現(xiàn)場訓(xùn)練/測試有機地結(jié)合在一起。

數(shù)字孿生實現(xiàn)高效部署和全生命周期管理?；诟弑Ｕ鏀?shù)字孿生體實現(xiàn)機器人無痛設(shè)計，離線編程與高效部署，實現(xiàn)全生命周期監(jiān)控、仿真、預(yù)測、優(yōu)化等。例如?ABB?的新款五軸機器人?IRB 365?通過使用數(shù)字孿生技術(shù)，可以在幾小時內(nèi)集成到包裝生產(chǎn)線中。Fanuc推出全生命周期的數(shù)字孿生功能，包括數(shù)字化設(shè)計、加工和運維，提升設(shè)計、生產(chǎn)、維護效率等。英偉達、PTC?和達索等紛紛推出數(shù)字孿生系統(tǒng)平臺幫助機器人自動學(xué)習(xí)運行狀態(tài)并自主生成預(yù)測和診斷結(jié)果。

利用數(shù)字孿生構(gòu)建智能機器人的虛擬對象，通過網(wǎng)絡(luò)通信連接物理和虛擬世界，實現(xiàn)智能機器人在開發(fā)和訓(xùn)練階段的虛實融合功能，能夠高效低成本高可靠的方式推動智能機器人技術(shù)迭代。

3.?趨勢三：泛在敏捷操作

趨勢三是泛在敏捷操作。機器人操作系統(tǒng)邁向模塊化和平臺化，并逐步與云端整合，泛在敏捷操作將進一步拓展智能機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，催生開放性、標準化和模塊化的機器人操作平臺，支持定制化便捷開發(fā)。泛在敏捷操作包括可以實現(xiàn)開放互聯(lián)操作的云端操作平臺，和可以實現(xiàn)便捷開發(fā)定制的模塊化定制化系統(tǒng)。

開放式泛在操作平臺：全球主要機器人企業(yè)的持續(xù)發(fā)力集成感知、互聯(lián)、模塊化和開放性于一體的機器人操作與計算環(huán)境，云端操作系統(tǒng)成為泛在操作系統(tǒng)參考模式。例如四大家族中?Fanuc?和?KUKA，科技企業(yè)巨頭微軟、亞馬遜及英偉達，軟銀，優(yōu)傲等均推出機器人開放式開發(fā)平臺。達闥機器人云端操作系統(tǒng)海睿?OS?作為泛在操作系統(tǒng)UOS?參考實現(xiàn)之一，已與國內(nèi)上百家機器人公司合作，為整個智能機器人行業(yè)提供了自主可控開放平臺、統(tǒng)一接口標準環(huán)境?？拼笥嶏w發(fā)布的?AIBOT?機器人超腦平臺，如今已有多個領(lǐng)域的?372?家企業(yè)的開發(fā)者在使用。

模塊化系統(tǒng)功能設(shè)計：各個功能組件可以獨立進行升級、更換或擴展，從而提高機器人的靈活性和可定制性。AMD?推出專為機器人和多種工業(yè)應(yīng)用設(shè)計的?Kria KR260，支持本機?ROS 2，便于機器人專家和軟件開發(fā)人員進行開發(fā)。據(jù)?ROS?統(tǒng)計，其在線庫中已經(jīng)有超過?2000?個可重用的模塊和包，為開發(fā)者提供了豐富的資源。泛在操作系統(tǒng)(UOS)基于泛在計算思想，是傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的擴展。

它為泛在化資源管理和應(yīng)用開發(fā)而設(shè)計，不僅具備感知、互聯(lián)、輕量化計算與認知、自然交互等特征，還突出了模塊化設(shè)計，使得功能可以靈活組合和拓展。

4.?趨勢四：多元感知交互

趨勢四是多元感知交互。基于多模態(tài)、多樣化的感知和交互技術(shù)，智能機器人將完成從傳感層到交互層的自主貫通，實現(xiàn)多元化的感知交互。多元感知交互打通了從傳感層到交互層的智能機器人完整數(shù)據(jù)架構(gòu)，實現(xiàn)了廣泛的感知與多樣的交互。多元感知交互包括可以實現(xiàn)全息感知、全面理解的多模態(tài)感知融合技術(shù)，和可以實現(xiàn)高效溝通、自然交互的多樣化交互技術(shù)。

融合多維環(huán)境數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從對環(huán)境的“感知”到“理解”的變化。特斯拉?FSD?視覺感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)空間內(nèi)的未知障礙物識別，UCLA實現(xiàn)多目立體視覺和復(fù)雜環(huán)境多視角分析，商湯基于?UniAD?通用大模型實現(xiàn)感知、跟蹤和建圖、軌跡預(yù)測深度整合，騰訊將觸覺傳感融入機器人，通過感受外界的接觸信息感知和識別物體，Stretch?通過多維環(huán)境數(shù)據(jù)感知，實現(xiàn)多物體的智能辨識和分析。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布首個高空作業(yè)機器人多模態(tài)感知?USTC FLICAR?數(shù)據(jù)集。

人機友好交互結(jié)合智能機器人感知現(xiàn)實世界實現(xiàn)個性化服務(wù)。OpenAI?支持的?Neo?機器人支持用戶通過?VR?方式與其交互，Microchip?開發(fā)基于電場感應(yīng)的?3D?手勢識別技術(shù)，MIT?提出了基于腦電信號和肌電信號（腦機接口）的人機交互方案利用腦電信號和肌電信號來實時監(jiān)督糾正機器人的動作。通過融合自然語言大模型與多模態(tài)感知技術(shù)，智能機器人對外界實現(xiàn)了全面且深入的理解，從而增強了感知能力和人機交互體驗。

四、人形機器人

1. 發(fā)展歷程

人形機器人，也稱為仿人機器人，是一種旨在模仿人類外觀和行為的機器人，具有類人的外觀、感知、決策、行為和交互能力。它們通常具有與人類相似的身體結(jié)構(gòu)和功能，例如可以行走、說話、感知環(huán)境、做出決策和與人類交互等。人形機器人的研究和開發(fā)已經(jīng)進行了半個世紀，其發(fā)展階段如圖 20 所示。

圖 20 人形機器人的發(fā)展階段

從早期的 WABOT 到現(xiàn)在的特斯拉 Optimus，人形機器人的發(fā)展已經(jīng)從技術(shù)驗證期過渡到了商業(yè)試水期。在最早期的人形機器人萌芽期（1970-2000 年），研究重點聚焦于在機械外形設(shè)計和初步的控制算法上實現(xiàn)仿人。WABOT-1 是世界上第一個仿人機器人，由早稻田大學(xué)的四個實驗室在 1970 年開始研發(fā)，于 1973 年完成。

WABOT-1 由四肢控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)和對話系統(tǒng)組成。WABOT-1 能夠用日語與人交流，并通過外部感受器、人造耳朵和眼睛以及人造嘴來測量物體的距離和方向。WABOT-1 用下肢行走，能夠用裝有觸覺傳感器的手抓住和運輸物體。據(jù)估計，WABOT-1 具有一歲半兒童的智力。

2000-2018 年是人形機器人的探索期，此時的人形機器人開始具備更復(fù)雜的功能，如跑步、跳躍和與人互動。

波士頓動力公司在這一時期公布了初代 Atlas 機器人。該機器人是是基于波士頓動力公司早期的PETMAN人形機器人，它有四個液壓驅(qū)動的四肢，專為各種搜索及拯救任務(wù)而設(shè)計的，并在2013 年 7 月 11 日向公眾亮相。Atlas 機器人最讓人驚嘆的是擅長在崎嶇的地形行走、攀爬，包括不平整的碎石地、雪地等，它能夠保持平衡、快速行走、搬箱子，甚至在被踢倒后自己爬起來，而且它學(xué)習(xí)走路的動作和形態(tài)與人類驚人的類似。

2018-2022 年是人形機器人的發(fā)展期，在此階段的研究重點是利用更先進的 AI 技術(shù)，使機器人能夠進行復(fù)雜的決策和任務(wù)處理，開始應(yīng)用于實際場景。例如，CENTAURO 機器人是一種集成混合運動與大功率柔性操作的半人馬救災(zāi)機器人。它是由歐盟 Horizon 2020 項目中的 CENTAURO 項目組開發(fā)的，旨在為救援行動提供支持。

CENTAURO 機器人采用了下身四足腿輪混合和上身仿人形雙臂的設(shè)計理念，身高約 5 英尺（1.5 米），重達 93 公斤。CENTAURO 機器人的硬件平臺搭建包括多圈式的全向輪設(shè)計、基于兩款不同機械手的末端執(zhí)行器、傳感器的硬件配置、電池和 WIFI模塊、機載計算機模組/計算機、關(guān)節(jié)驅(qū)動模塊等。它還具有遠程遙控和半自治功能，在通信中斷或延遲的情況下，機載電腦可以自行預(yù)測該如何移動。

CENTAURO 機器人既可以用作研究工具，也可以在現(xiàn)實世界中發(fā)揮作用。它的雙臂輕型且可以舉起大約 11 公斤的重物，與成年人的操控強度和靈活性相當(dāng)。CENTAURO 機器人的研究和開發(fā)已經(jīng)進行了多年，目前已經(jīng)進入商業(yè)試水期。

在 2022 年開始，人形機器人的發(fā)展引來了爆發(fā)期。大模型等 AI賦能技術(shù)使人形機器人不僅在外形和行為上與人類相似，更具有強大智能、思維和類人的語言能力。

2022 年 10 月 1 日，在特斯拉 AIDay 上，馬斯克正式介紹了特斯拉首款人形機器人“Optimus”。Optimus 機器人是由特斯拉公司開發(fā)的一種人形機器人，特斯拉將在汽車領(lǐng)域電池組、冷卻系統(tǒng)等成熟技術(shù)運用到了 Optimus 上，還使用與汽車測試類似的技術(shù)來進行擎天柱的運動和對外部碰撞模擬。

該款人形機器人結(jié)合了特斯拉的 AI 技術(shù)，即基于視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)測能力的自動駕駛技術(shù)。在 AI Day 上，Optimus 展示了其在汽車工廠執(zhí)行搬運、澆水植物、移動金屬棒等任務(wù)的視頻。

2. 當(dāng)前趨勢

由于人口老齡化、勞動力人口下降和人力成本上升等問題，推動機器換人的需求增加。人形是最適合人類社會所有場景的形態(tài)，無需改變場景來適應(yīng)機器。同時，人形機器人能夠發(fā)揮類人能力，用類人的感知、決策、運動和執(zhí)行能力來幫助人們面對生活中的各種問題。

隨著通用人工智能、感知和動力系統(tǒng)等方面取得了巨大進步，人形機器人性能得到極大提升，成本逐漸下降，部署步伐加快，相關(guān)應(yīng)用場景也不斷擴展，從最初的制造業(yè)到醫(yī)療、救援、服務(wù)業(yè)等各個領(lǐng)域。Markets and Markets 預(yù)計，2023-2028 年人形機器人市場規(guī)模將從 18 億美元增長到 138 億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）為 50.2%，如圖 21 所示。

圖 21 人形機器人市場規(guī)模預(yù)測

高盛預(yù)計未來 10 至 15 年內(nèi)，人形機器人市場規(guī)模將增至 60 億美元以上規(guī)模。樂觀估計，2035 年市場規(guī)?？赡苓_到 1540 億美元。

隨著資本的驅(qū)動，人形機器人產(chǎn)業(yè)正掀起一股投資并購的熱潮。

科技巨頭們紛紛加入這個新興的領(lǐng)域，爭相布局人形機器人賽道，以搶占先機。

亞馬遜投資 Digit 人形機器人；英偉達領(lǐng)投美國 MachinaLabs；OpenAI 領(lǐng)投 1X Technologies；PVC 領(lǐng)投初創(chuàng)公司 Figure；三星電子投資韓國 Rainbow Robotics。

在這場激烈的競爭中，企業(yè)間的合作與競爭也日益加劇，推動了人形機器人技術(shù)的快速發(fā)展。

3. 國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)對比分析

隨著人形機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，大量的新進入者開始涌入這個領(lǐng)域，使該產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出百花齊放的態(tài)勢。歐美等發(fā)達國家的人形機器人產(chǎn)業(yè)主體憑借其技術(shù)實力和資金優(yōu)勢，得以在競爭中占據(jù)領(lǐng)先地位。這些企業(yè)通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品升級，不斷提升自己在市場上的競爭力。

科技巨頭積極布局新市場新賽道，AI 創(chuàng)新的領(lǐng)跑者均切入人形機器人賽道，擴大技術(shù)遷移效應(yīng)。而中國在這個領(lǐng)域中的發(fā)展也十分迅速，一些中國企業(yè)通過引進國外先進技術(shù)或者與國外企業(yè)合作，得以在短時間內(nèi)快速提升自己的技術(shù)水平和市場競爭力。國內(nèi)外人形機器人企業(yè)技術(shù)滲透如圖22 所示。

圖 22 國內(nèi)外人形機器人企業(yè)技術(shù)環(huán)節(jié)滲透示意圖

在軟件和信息與通信技術(shù)領(lǐng)域，隨著通用人工智能技術(shù)的持續(xù)突破，智能算法、控制和操作系統(tǒng)軟件等關(guān)鍵領(lǐng)域正在形成一系列新的賽道。

這些新賽道不僅推動了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也吸引了來自不同背景和角色的多方主體參與其中。多方主體的涌入，使得這些新賽道充滿了競爭和創(chuàng)新。不僅有傳統(tǒng)的軟件和 ICT 企業(yè)，還有許多新興的初創(chuàng)企業(yè)、研究機構(gòu)和高校等參與其中。他們的加入不僅帶來了新的技術(shù)和思路，也使得整個產(chǎn)業(yè)的競爭格局更加多元化和激烈。

4. 我國人形機器人發(fā)展態(tài)勢

龐大的市場需求催動多類主體競相入局賽道，我國人形機器人市場規(guī)模持續(xù)擴增活力逐漸顯現(xiàn)。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院測算，2023—2030 年，我國人形機器人市場規(guī)模增速將達到 30%，預(yù)計突破 8700億元。在人形機器人組成部件中，我國傳統(tǒng)機器人廠商遨博加快攻關(guān)人形機器人所需電機、驅(qū)動器等核心零部件，推動國產(chǎn)化進程。

智能技術(shù)領(lǐng)域，科大訊飛從大模型切入，開發(fā)人形機器人整機系統(tǒng)。ICT領(lǐng)域，小米發(fā)揮人工智能、先進制造等多重優(yōu)勢，發(fā)布 Cyberone 機器人擴大智能產(chǎn)品生態(tài)圈。

2023 年，我國人形機器人迎來爆發(fā)奇點時刻。小鵬的“PX5”融合了汽車自動駕駛技術(shù)；理工華匯的人形機器人實現(xiàn)了全球目前最高最遠的跳躍；優(yōu)必選的“Walker X”實現(xiàn)騎平衡車技術(shù)并在大運會應(yīng)用；宇樹的“H1”和智元的“遠征 A1”僅用半年完成初代產(chǎn)品的研發(fā)。

可見國內(nèi)的人形機器人產(chǎn)品各具特色優(yōu)勢，呈現(xiàn)“百家爭鳴”。人形機器人的快速發(fā)展和巨大的發(fā)展?jié)摿Γ驳玫搅藝也课?/span>和各地方政府的注意和重視。在國家層面，2023 年 3 月 1 日，工信部長金壯龍表示，工信部將研究制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃，加快布局人形機器人等前沿領(lǐng)域。

2023 年 8 月 18 日，工信部副部長徐曉蘭表示：“當(dāng)前，以人形機器人和通用人工智能為代表的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)蓬勃發(fā)展”。2023 年 9 月 13 日，工信部發(fā)布《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于組織開展 2023 年未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新任務(wù)揭榜掛帥工作的通知》列示包括元宇宙、人形機器人、腦機接口、通用人工智能 4個重點方向揭榜掛帥任務(wù)。

2023 年 11 月 2 日，工信部發(fā)布《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》部署了 5 方面重點任務(wù)：關(guān)鍵技術(shù)突破、培育重點產(chǎn)品、拓展場景應(yīng)用、營造產(chǎn)業(yè)生態(tài)、強化支撐能力。設(shè)立了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、重點產(chǎn)品和部組件攻關(guān)、拓展場景應(yīng)用 3 個專欄。

在地方上，2023 年 6 月 16 日，北京市提出對標國際領(lǐng)先人形機器人產(chǎn)品，支持企業(yè)和高校院所開展人形機器人整機產(chǎn)品、關(guān)鍵零部件攻關(guān)和工程化，加快建設(shè)北京市人形機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。

2023 年5 月 18 日，上海市明確加快人形機器人創(chuàng)新發(fā)展。2023 年 5 月 31日，深圳市提出加快組建廣東省人形機器人制造業(yè)創(chuàng)新中心。

2023 年4 月 29 日，山東省提出加快布局人形機器人等前沿領(lǐng)域?？偟膩砜?，我國以“先手棋”戰(zhàn)略主動布局，地方迅速響應(yīng)推進，集中力量扶持人形機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

六、促進智能機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)建議

(一) 當(dāng)前現(xiàn)狀

我國智能機器人市場規(guī)模龐大，且增長迅速。目前我國已成為智能機器人大國，覆蓋產(chǎn)業(yè)上下游全環(huán)節(jié)。中國工業(yè)機器人和服務(wù)機器人銷售額占全球比重分別從 2017 年的 28.2%和 18.2%提高到 2021 年的 42.9%和 28.5%。在需求側(cè)，2021 年機器人全行業(yè)營業(yè)收入超過1300 億元，2022 年超過 1700 億元，增長率超過 30%；在供給側(cè)，2023 年上半年工業(yè)機器人產(chǎn)量達 22.2 萬套，同比增長 5.4%，服務(wù)機器人產(chǎn)量達 353 萬套，同比增長 9.6%。

我國智能機器人企業(yè)產(chǎn)業(yè)集群已初步形成。我國智能機器人企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上中下游均有分布，并持續(xù)強化自身創(chuàng)新能力，向價值鏈中高端邁進。優(yōu)質(zhì)企業(yè)重點分布在京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)，分布于京津冀地區(qū)的企業(yè)科研實力強，能較好實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研合作；分布于長三角地區(qū)的企業(yè)具有電子信息和制造業(yè)基礎(chǔ)較好，發(fā)展起步早的行業(yè)特點；分布于珠三角地區(qū)的企業(yè)其控制、伺服系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)先，金融環(huán)境較為靈活。以掃地機器人為例，其供應(yīng)鏈 80%位于中國，產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展形成了較強的國際競爭力。

整機及零部件等傳統(tǒng)領(lǐng)域國產(chǎn)化替代穩(wěn)步前行，產(chǎn)業(yè)高端化發(fā)展依然不足。一方面，龐大市場需求培育一批機器人整機制造和系統(tǒng)集成國產(chǎn)廠商，各行業(yè)國產(chǎn)化比例不斷提升，整機產(chǎn)品存在明顯的替代差異性。服務(wù)、特種機器人領(lǐng)域，國產(chǎn)整機優(yōu)勢顯著，如掃地機器人已經(jīng)基本被國內(nèi)品牌產(chǎn)品占據(jù)；工業(yè)機器人仍以國外為主。

對于工業(yè)機器人供給主要以四大家族為主，國內(nèi)奮起直追；個人/家庭服務(wù)機器人供給基本實現(xiàn)國產(chǎn)化替代；公共服務(wù)機器人供給側(cè)表現(xiàn)出國產(chǎn)品牌優(yōu)勢顯著的特點；對于特種機器人的供給國內(nèi)外平分秋色。根據(jù) MIR 數(shù)據(jù)顯示，2023 年工業(yè)機器人國內(nèi)廠商市場份額突破 40%。

2021 年國內(nèi)掃地機器人市場前五大品牌分別為科沃斯、小米、石頭、云鯨和美的，市場占有率分別為 45%、16%、14%、11%和 2%，合計市場占有率為 88%。另一方面，高端化依然不足，國產(chǎn)企業(yè)更多占據(jù)價值鏈中下游，產(chǎn)品附加值相對較低。GGII 數(shù)據(jù)顯示，2021 年國產(chǎn)伺服控制系統(tǒng)在工業(yè)機器人的配套市場份額中，占比仍不到 30%，仍然面臨著產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，關(guān)鍵零部件質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性等還不能滿足高性能整機的需求；高速、高精、重載等高性能整機產(chǎn)品供給缺乏等問題。

新興領(lǐng)域企業(yè)涌現(xiàn)，企業(yè)競爭力不足。新興領(lǐng)域企業(yè)涌現(xiàn)，資本持續(xù)押注，憑借優(yōu)質(zhì)價廉的優(yōu)勢占據(jù)大量市場。國內(nèi)逐步出現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)彌補我國機器人軟件短板，阿里、埃夫特、達闥等公司在機器人云平臺、智能化等領(lǐng)域開展布局。中國機器人行業(yè)投融資市場整體呈波動上升趨勢發(fā)展，在 2021 年，融資規(guī)模和事件數(shù)量都創(chuàng)造歷史新高，2022 年，中國機器人行業(yè)仍然是資本關(guān)注的重點對象，900 余家企業(yè)獲得投融資，占機器人企業(yè)總數(shù)近一半。但與此同時，行業(yè)中尚未孵化龍頭企業(yè)，企業(yè)競爭力低于領(lǐng)先水平。

國內(nèi)企業(yè)規(guī)模和體量較小，以工業(yè)機器人為例，僅 ABB 一家企業(yè)市值就超過國內(nèi)埃斯頓、新松、埃夫特、匯川等頭部企業(yè)市值之和。從市場范圍來看，國內(nèi)企業(yè)以國內(nèi)市場為主，沒有完全走出去參與國際競爭。而 ABB 業(yè)務(wù)遍及全球 100 多個國家和地區(qū)，歐洲、亞洲、中東和美洲等地區(qū)是主要市場，埃斯頓匯川等企業(yè)的產(chǎn)品主要銷售于中國境內(nèi)，部分銷往歐洲、美洲等。

(二) 政策建議

做好“1+1+4”系列重點工作，推動四大重點任務(wù)圓滿完成。堅持打造自主可控的智能機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)這“1”條核心主線；系統(tǒng)研究“1”套推動智能機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策工具箱，從財稅、金融、市場、人才等方面加大對機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐；系統(tǒng)布局智能機器人核心技術(shù)、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、高端產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)生態(tài)“4”大重點任務(wù)。

政策工具箱中財稅方面可以從政府采購、首臺（套）重大技術(shù)裝備保險補償機制試點工作等舉措著手，金融方面可以從推動各類產(chǎn)業(yè)基金投入、支持符合條件的企業(yè)上市等舉措著手，市場方面可以從完善行業(yè)規(guī)范、支持第三方檢測認證機構(gòu)能力建設(shè)等舉措著手，人才方面可以從高校和科研院所培養(yǎng)專業(yè)和復(fù)合型人才、產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人等舉措著手。

打造自主可控的智能機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)，聚焦四大重點任務(wù)，體系化攻關(guān)智能機器人核心技術(shù)、夯實智能機器人產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、培育高端智能機器人產(chǎn)品、優(yōu)化智能機器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

1. 體系化攻關(guān)智能機器人核心技術(shù)

核心技術(shù)分為共性技術(shù)和前沿技術(shù)兩方面，其中共性技術(shù)包括系統(tǒng)開發(fā)、云-邊-端、多任務(wù)規(guī)劃與智能控制、感知與導(dǎo)航、人機交互與自主編程、操作系統(tǒng)、協(xié)同作業(yè)、快速標定與精度維護等細分技術(shù)；前沿技術(shù)包括深度智能驅(qū)動、泛在敏捷操作、高效以虛馭實、多元感知交互等趨勢領(lǐng)域。

體系化攻關(guān)核心技術(shù)可從以下幾方面著手：通過國家級和省部級科技重大專項和重點研發(fā)計劃，開展核心技術(shù)研發(fā)與工程化攻關(guān)，實現(xiàn)共性技術(shù)和前沿技術(shù)短板突破；通過揭榜掛帥方式對公開發(fā)布的智能機器人核心技術(shù)攻關(guān)指南一一突破，打造從遴選發(fā)布、揭榜掛帥、績效評價的研發(fā)推進工作閉環(huán)，組織研發(fā)單位與用戶單位聯(lián)合攻關(guān)；支持高校、科研院所、龍頭企業(yè)、用戶等產(chǎn)學(xué)研用單位聯(lián)合打造研發(fā)創(chuàng)新及公共服務(wù)平臺、成立國家級和省部級重點實驗室，開展技術(shù)研究、技術(shù)中試、成果轉(zhuǎn)化等工作；開展核心技術(shù)先鋒應(yīng)用案例征集，對入選案例加大支持力度，推動優(yōu)秀成果規(guī)?；瘧?yīng)用。

2. 夯實智能機器人產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)

打造自主完整的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，在機器人整機、機器人軟件、機器人硬件、智能技術(shù)、新興服務(wù)業(yè)五大方面下功夫，積極引導(dǎo)并推動產(chǎn)業(yè)各方在機器人整機上以新技術(shù)融入獲取更多市場機遇；在機器人軟件上重點攻關(guān)核心技術(shù)，搭建平臺生態(tài)；在機器人硬件上面向高端零部件、產(chǎn)品研發(fā)；在智能技術(shù)上跟進人機交互核心技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用；在新興服務(wù)業(yè)上發(fā)揮 5G、云計算等新技術(shù)優(yōu)勢。

加強組織協(xié)同，適時成立領(lǐng)導(dǎo)小組，強化部門協(xié)同、部省聯(lián)動機制，鼓勵各地因地制宜將智能機器人納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)政策支持范疇，與“新型工業(yè)化”等政策協(xié)同推進；強鏈、穩(wěn)鏈、固鏈，梳理繪制智能機器人產(chǎn)業(yè)鏈圖譜，聚焦關(guān)鍵節(jié)點，支持重點企業(yè)擔(dān)任產(chǎn)業(yè)鏈鏈主，以點帶鏈補短板、鍛長板。

培育國家智能機器人產(chǎn)業(yè)示范基地，建設(shè)智能機器人中小企業(yè)特色產(chǎn)業(yè)集群，打造智能機器人先進制造業(yè)集群，提升產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)配套能力，提高智能機器人的國際競爭力與影響力；面向技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，培育智能機器人新興場景，開展智能機器人新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)試點，總結(jié)試點經(jīng)驗，加強成果宣傳與推廣，開拓產(chǎn)業(yè)新賽道。

3. 培育高端智能機器人產(chǎn)品

培育高精度高可靠性的工業(yè)機器人、高性能高自主性的特種機器人、高互動高感知的服務(wù)機器人。重點布局人形機器人，開發(fā)基于人工智能大模型的人形機器人“大腦”和控制人形機器人運動的“小腦”，系統(tǒng)部署“機器肢”關(guān)鍵技術(shù)群，突破“肢體”關(guān)鍵技術(shù)。

培育產(chǎn)品過程中需發(fā)揮各方合力，開展形式多樣的活動，激發(fā)社會創(chuàng)造力。

推進智能機器人高端產(chǎn)品入選“首臺套”，即將符合條件的智能機器人領(lǐng)域項目納入首臺（套）重大技術(shù)裝備和重點新材料首批次應(yīng)用保險補償范圍，增強高端產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用能力。
發(fā)揮國家產(chǎn)融平臺作用，鼓勵采用融資租賃、產(chǎn)品保險、購買服務(wù)等方式推廣先進適用的智能機器人產(chǎn)品。
支持龍頭企業(yè)牽頭聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研用組成創(chuàng)新聯(lián)合體，加強關(guān)鍵技術(shù)和高端產(chǎn)品攻關(guān)，加快前沿技術(shù)融合，探索跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新模式。
舉辦中國智能機器人產(chǎn)業(yè)大會，鼓勵地方舉辦智能機器人發(fā)展大會、博覽會等活動，推進產(chǎn)研對接、產(chǎn)需對接、產(chǎn)融對接。
開展智能機器人創(chuàng)新大賽，面向工業(yè)機器人、特種機器人、服務(wù)機器人、人形機器人等賽道開展技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新，遴選形成一批優(yōu)秀機器人產(chǎn)品和解決方案。

4. 優(yōu)化智能機器人產(chǎn)業(yè)生態(tài)

面對智能機器人產(chǎn)業(yè)鏈上中下游重點領(lǐng)域，出臺專項行動、提供專項資金支持，培育各類產(chǎn)業(yè)主體，打造全鏈路產(chǎn)業(yè)生態(tài)。針對產(chǎn)業(yè)鏈上游生產(chǎn)零部件企業(yè)，培育具有生態(tài)主導(dǎo)力和核心競爭力的領(lǐng)航企業(yè)，提高企業(yè)生態(tài)主導(dǎo)力、核心競爭力，帶動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源集聚。

針對產(chǎn)業(yè)鏈中游從事機器人本體制造企業(yè)及從事軟件開發(fā)的系統(tǒng)集成企業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈下游提供解決方案的企業(yè)，著力打造一批專精特精新“小巨人”企業(yè)、制造業(yè)單項冠軍企業(yè)和獨角獸企業(yè)，構(gòu)筑全鏈路產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

聯(lián)合多部門指導(dǎo)建設(shè)智能機器人生態(tài)聯(lián)盟，覆蓋工業(yè)、金融、醫(yī)療等領(lǐng)域，創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研用協(xié)作模式，形成產(chǎn)業(yè)合力，健全向陽向善產(chǎn)業(yè)生態(tài)。建設(shè)產(chǎn)研聯(lián)合、產(chǎn)學(xué)聯(lián)合、產(chǎn)產(chǎn)聯(lián)合、產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的創(chuàng)新生態(tài)，打造行業(yè)標準引領(lǐng)實踐，推動“中國五大銀行”和各商業(yè)團體等組織機制為產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟保駕護航。

打造智能機器人賦能供需對接平臺，引導(dǎo)傳統(tǒng)制造企業(yè)、工業(yè)園區(qū)釋放需求，組織智能機器人企業(yè)精準服務(wù)對接。加強產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同，強化全國統(tǒng)一大市場下的標準互認、產(chǎn)品配套、研發(fā)協(xié)同，加速市場共建、資源共享、利益共贏。

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