系统梳理海外五家头部人形机器人公司特斯拉、波士顿动力、1XTechnologies、Apptronik、Agility发展历史&技术亮点&未来落地展望，以此探索全人形机器人行业未来的发展路径。
　　有别于市场的观点
　　市场普遍只看到AI 2.0对于人形机器人的赋能，而我们在总结海外公司发展历程时发现，人形机器人同样将赋能AI，成为“具身智能”的最佳载体：例如根据财联社，OpenAI今年投资1X，有望将GPT-4及更先进的多模态模型植入人形机器人NEO，不仅带来机器人的智能涌现，同时也带来AI的第一人称学习能力涌现。
　　海外研发方向多以通用型机器人为主
　　将机器人设计成拟人形态最重要的考虑就是使机器人能直接适应人类环境、替代人类职责，因此在功能性上特斯拉、1XTechnologies、Apptronik均以通用型机器人为目标。这些公司的人形机器人产品主要设计思路是保障安全性的同时提高拟人化程度，以实现替代人类工作。
　　相比之下，波士顿动力的Atlas则将人形机器人的运动性能推至极致，可实现高难度跑酷动作，目前主要用作研究用途，Agility的Digit机器人则明确以仓储为应用场景，灵活性及智能化有所取舍，量产能力处于行业领先，已初步建成世界第一座人形机器人工厂，年产能超过万台。
　　RobotGPT将带来人形机器人智能涌现
　　人形机器人是软硬件能力高集成的实体，商业化的核心突破点在于“AI大脑”，即核心算法的升级带来的逻辑思维能力提升与高水平智能化的行为智慧决策能力。
　　GPT模型的自然语言处理已经汇聚了自回归变换器+下一个词预测+强化学习高级特征的“配方”，而这一思路尚未在人形机器人中应用。谷歌Deepmind已在测试多模态模型RT-2控制机器人，在陌生任务中的准确率相比前代翻倍，如果机器人领域能打造出“RobotGPT”的基座模型，实现零样本或少样本学习，则能在更复杂乃至陌生的环境中执行任务，实现人形机器人的智能涌现。
　　具身智能开启通往AGI的大门
　　根据斯坦福大学研究，GPT 3.5的心智已相当于9岁儿童，GPT4的智能程度更高，但它的训练来源仍是被动接受的数据。脑科学家Richard Held和Alan Hein的实验证明，对生物的学习来说与环境的第一人称交互是至关重要的。如果生成式AI能获得人形机器人的身体，AI就能在真实世界中学习和适应，从而增强其泛化能力和鲁棒性，开启通往AGI（通用人工智能）的大门。
　　风险提示
　　机器人技术落地不及预期；人工智能安全性及伦理风险；应用场景难以拓宽

研究报告全文：仅供机构投资者使用证券研究报告行业深度研究报告TableDate2023年10月17日智能涌现TableTitle万元售价海外人形机器人巨头深度剖析TableTitle2人形机器人行业深度报告评级及分析师信息TableSummary报告亮点行业评级TableIndustryRank推荐系统梳理海外五家头部人形机器人公司特斯拉波士顿动力1XTechnologiesApptronikAgility发展历史技术亮点行业走势图TablePic未来落地展望以此探索全人形机器人行业未来的发展路径5040有别于市场的观点30市场普遍只看到AI20对于人形机器人的赋能而我们在总20结海外公司发展历程时发现人形机器人同样将赋能AI成10为具身智能的最佳载体例如根据财联社OpenAI今年0-10投资1X有望将GPT-4及更先进的多模态模型植入人形机器人202210202301202304202307202310NEO不仅带来机器人的智能涌现同时也带来AI的第一人称标普500纳斯达克100学习能力涌现TableAuthor证券分析师朱芸海外研发方向多以通用型机器人为主邮箱zhuyun1hx168comcm将机器人设计成拟人形态最重要的考虑就是使机器人能直接适SACNOS1120522040001应人类环境替代人类职责因此在功能性上特斯拉1X联系电话TechnologiesApptronik均以通用型机器人为目标这些公司的人形机器人产品主要设计思路是保障安全性的同时提高拟人化程度以实现替代人类工作相比之下波士顿动力的Atlas则将人形机器人的运动性能推至极致可实现高难度跑酷动作目前主要用作研究用途Agility的Digit机器人则明确以仓储为应用场景灵活性及智能化有所取舍量产能力处于行业领先已初步建成世界第一座人形机器人工厂年产能超过万台RobotGPT将带来人形机器人智能涌现人形机器人是软硬件能力高集成的实体商业化的核心突破点在于AI大脑即核心算法的升级带来的逻辑思维能力提升与高水平智能化的行为智慧决策能力GPT模型的自然语言处理已经汇聚了自回归变换器下一个词预测强化学习高级特征的配方而这一思路尚未在人形机器人中应用谷歌Deepmind已在测试多模态模型RT-2控制机器人在陌生任务中的准确率相比前代翻倍如果机器人领域能打造出RobotGPT的基座模型实现零样本或少样本学习则能在更复杂乃至陌生的环境中执行任务实现人形机器人的智能涌现请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明证券研究报告行业深度研究报告具身智能开启通往AGI的大门根据斯坦福大学研究GPT35的心智已相当于9岁儿童GPT4的智能程度更高但它的训练来源仍是被动接受的数据脑科学家RichardHeld和AlanHein的实验证明对生物的学习来说与环境的第一人称交互是至关重要的如果生成式AI能获得人形机器人的身体AI就能在真实世界中学习和适应从而增强其泛化能力和鲁棒性开启通往AGI通用人工智能的大门风险提示机器人技术落地不及预期人工智能安全性及伦理风险应用场景难以拓宽海外人形机器人主流参与者对比AgilityTeslaBostonDynamics1XTechnologiesApptronikRobotics人形机器OptimusAtlasNEOApolloDigit人产品核心合作无美军早期OpenAINASA亚马逊福特伙伴运动能力中强中中强强复用FSD自弱需人工操中离线轨迹库AI能力动驾驶及Dojo超作初步开始利中弱需人工操作云决策算用OpenAI资源通用型目标应泛用性通用型目前用于研究通用型用领域物流零仓储售制造手部高自由度极强运动性能柔软外形强调强调安全性模其他特性强越野能力可完成精细动作可实现跑酷安全性块化设计预计量产2024年测试实际2020年6月机-2024年底2025年时间工作械狗745万美元机25万美元初预期定价2万美元-成本5万美元内械狗代资料来源新浪财经BeeboHMI搜狐1X官网Apptronik官网沙漏AI机器人CNET华西证券研究所请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明2证券研究报告行业深度研究报告正文目录1特斯拉由人类打造为人类服务的机器人511后人工智能时代机器人将取代人类进行重复性劳动512自动驾驶的终极形态FSD自动驾驶-超算-机器人三位一体613未来展望仍在等待GPT时刻的到来82波士顿动力机器人领域的顶尖实验室921最强动态性能的跑酷机器人Atlas922创新硬件与算法沉淀Atlas实现卓越运动性能1023从机械狗Spot开始商业化前路漫长1131XTechnologies开启AI具身智能革命1231OpenAI领投机器人使命是与人类并肩工作1232从Eve到Neo具身智能雏形显现1333与OpenAI合作共赢将大模型带进现实世界144Apollo始于人类赋予人类1541以探索宇宙为愿景的机器人1542拟人形态与技术结合1743朝向月球进发185AgilityRobotics从学术到实用领跑仓储机器人领域1951实用主义与尖端科技结合商用仓储机器人Digit1952与行业巨头深度合作人形机器人批量生产时代已到206风险提示21图表目录图1全球劳动力数量开始下降老龄化比例提高5图2人形机器人可复用自动驾驶技术框架7图3Dojo搭建计划7图4Dojo与包括人形机器人在内其他业务形成强大协同效应8图5谷歌已开始测试用多模态模型RT-2控制机器人大模型加持下陌生场景性能大幅提升9图6波士顿动力产品线10图7Atlas采用3D打印腿部使液压系统与肢体融合10图8波士顿动力液压驱动原理10图9Atlas控制核心离线轨迹库在线精细控制的MPC控制器11图10SpotMini尺寸参数12图11Eve关节设计示意13图12Revo1执行器拆解示意13图13具身智能学习能力远强于第三人称数据学习15图14Apptronik与NASA合作研发机器人Valkyrie16图15Apollo机器人模块化设计16图16Apptronik在外骨骼上以6轴力传感器力敏感袖带空气冷却执行器保障设备安全性17图17Apptronik自主设计高性能紧凑执行器大幅降低生产成本18图18Apptronik在人形机器人专利中未见手部设计18图19ATRIASCassieDigit外形对比19图20Digit在仓库中执行工作20图21Agility即将建成世界首个人形机器人工厂RoboFab21表1人形机器人与工业机器人自由度对比6表2Optimus设计参数与原型机对比8表3Atlas各关节自由度11表4SpotMini工作参数12请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明3证券研究报告行业深度研究报告表51XTechnologies融资整理13表6EVE与NEO参数对比14表71XTechnologies使用OpenAI技术一览15表8Apollo性能参数及应用场景16表9Digit参数对比20请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明4证券研究报告行业深度研究报告1特斯拉由人类打造为人类服务的机器人11后人工智能时代机器人将取代人类进行重复性劳动Optimus定位为解放劳动力可替代4亿岗位特斯拉的人形机器人项目Optimus擎天柱最早于2021年AIDay上公布早期名称为TeslaBot定位为解放劳动力的通用型机器人人形机器人作为模仿人类的拟态物相比机械臂等传统机器人能无缝在众多场景替代人类工作马斯克表示在后人工智能时代机器人将取代人类进行重复性劳动生产力充足的前景下可行的经济模式是政府实行全民补贴而体力劳动将成为个人的选择根据世界银行数据2022年全球劳动人口约343亿人劳动力人口已呈现下降趋势据麦肯锡报告预测到2030年全球约4亿人的岗位将会被自动化机器人替代即117的劳动者会被机器人所取代以Optimus单价2万美元计算长期全球人形机器人市场天花板达8万亿美元是一个庞大的蓝海市场图1全球劳动力数量开始下降老龄化比例提高4012351030258206154105200全球劳动力总计亿人全球老龄化人口比重资料来源Wind世界银行华西证券研究所高自由度结构与精细控制初步具备实用性目前Optimus原型机身高约172cm体重约57kg力量能单手举起一架钢琴其身体共有28个自由度下一代预计超过200个自由度采用了更加灵活的弹簧负载设计与6种类型执行器关节采用仿生学关节设计模拟人类关节与肌腱形态手部是Optimus最大亮点采用人体工程学设计拥有11个自由度下一代预期27个相比之下工业机器人全身一般仅有4到6个自由度特斯拉已于演示视频中展示了精细手部动作在Dojo超算的支持下Optimus利用动作捕捉对人类活动方式进行学习可抓取杂物力道控制精细甚至不会打碎鸡蛋根据特斯拉介绍Optimus已经在特斯拉弗里蒙特工厂试验简单工作如移动零件或用扳手将螺栓固定在汽车上请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明5证券研究报告行业深度研究报告表1人形机器人与工业机器人自由度对比人形机器人OptimusAtlasDigitNEO厂商特斯拉BostondynamicsAgilityRobotics1Xtechnologies自由度282820-身高cm172150175-体重kg57896530运动速度kmh-9-4工业机器人发那科ABB安川库卡负载kg5-1615-50005-8003-1000自由度64-1466可达半径mm717-2032350-4200532-3518635-3900资料来源物公基昌盛安曼机器人发那科官网ABB官网华西证券研究所整理12自动驾驶的终极形态FSD自动驾驶-超算-机器人三位一体人形机器人是自动驾驶技术的终极形态自动驾驶的本质就是有轮子的机器人特斯拉已经打通了FSD软件完全自动驾驶和机器人的底层模块特斯拉在FSD上的积累将使得人形机器人全面受益特斯拉将FSD从其汽车转移到了机器人并经过调整以适应机器人的身体和不同的工作环境特斯拉主要通过对人进行真实世界任务的运动捕捉如提起物体行走等然后使用反向运动学技术让Optimus重复这些动作同时应用了在线动作适应技术使这些任务更加灵活并能根据环境进行调整同时由于采用了相同的FSD系统机器人可直接复用电动车成熟的视觉系统由于特斯拉决定采用同样的摄像头方案而不是LIDAR传感器因此可直接移植到人形机器人上自动驾驶为机器人搭建技术框架机器人的反馈机制本质上是与自动驾驶相同的架构即感知层-决策层-执行层特斯拉在汽车上使用自研的HW硬件与FSD软件而机器人的感知层和决策层可直接复用自动驾驶技术特斯拉基于Transformer的BEV方案结合时序队列与OccupancyNetwork实现包含空间和时间的4D感知即使在纯视觉方案下仍能实现高效的环境感知在决策层上模型训练阶段的数据标注和模拟环境同样可复用于机器人上因此Optimus能在立项仅一年就拿出展示机型远快于其他人形机器人厂商软件层面上只需要更多优质的训练数据积累就能快速提高运动能力请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明6证券研究报告行业深度研究报告图2人形机器人可复用自动驾驶技术框架资料来源智驾最前沿华西证券研究所Dojo超算云端训练AI的基石超级计算机Dojo基于特斯拉自研的7nmD1芯片具备采集训练和进化的能力能够更理想的采集道路交通标识生物形象路面情况等信息该芯片将354个独立处理器封装在一起产生362TFLOPS的计算和440MB的内部静态随机存取存储器存储在保持完全可编程性的同时DOJO强调资源分配和极高带宽的互连使其能够从小型系统一直扩展到exaFLOP超级计算机在产品形态上Dojo的最终落地单位是名为ExaPOD的超级计算集群它集成了3000颗D1芯片包含120个训练瓦片最终能够实现高达11EFlops的BF16CFP8峰值算力2023年7月特斯拉Dojo正式投产预期到2024年2月特斯拉算力规模将进入全球前五2024年10月总规模将达到100Exa-Flops相当于30万块英伟达A100显卡的算力总和图3Dojo搭建计划资料来源新智元华西证券研究所Dojo超算为机器人提供最强AI大脑超级计算机Dojo被特斯拉称为PureLearningMachine纯学习机器特斯拉FSD芯片最大的优势就是只有一个客户而Dojo也是同样的设计思路它是一种专为深度神经网络训练而生的可拓展系统传统CPU和GPU都不是为机器学习而设计的在Dojo之前的超级计算机主要由专业的计算机设备制造商研发集中在国家级实验室主要用途在中长期天气预报油气勘探物理模拟量子力学等超大型计算应用场景相比之下Dojo的应用场景主要是以视频和图像数据训练AI专为自动驾驶和机器人训练使用原本在A100阵列上需要进行一周的自动驾驶学习任务在Dojo上可能只需要2至3天就能完成而人形机器人由于高自由度以及四肢协作训练数据体量远大于自动驾驶根据特斯请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明7证券研究报告行业深度研究报告拉数据显示在同样的成本之下Dojo超级计算机相比英伟达A100能够实现4倍的性能能耗比提升13倍图4Dojo与包括人形机器人在内其他业务形成强大协同效应资料来源知乎华西证券研究所技术整合带来人形机器人奇点Optimus采用了与Tesla车辆相同的芯片支持Wi-FiLTE链接和音频交流其系统软硬件的安全性保障也正在不断提升通过量产与技术发展控制制造成本而软件复用汽车FSD系统算力调用Dojo超算在规模化生产后预计远期成本远低于一辆汽车Optimus的版本迭代十分之快会远超汽车等产品自2021年AIDay公布一年后已改进到第二代在2023年5月的股东大会演示视频上第二代人形Optimus已能流畅行走据证券时报马斯克在2022AIDay上透露Optimus有望在3-5年间量产上市预期产量可以达到数百万台预估Optimus机器人稳定生产后的价格将达到2万美元以下表2Optimus设计参数与原型机对比预期设计参数原型机配置参数规格重量57kg身高172cm面部是一个重要信息规格身高173cm重量73kg主体材料为塑料显示屏电源系统功耗100W坐姿500W行走容载重负载能力20kg硬举双手向上举重能力量23kWh额定电压52V可使用一整天的一体化68kg展举手臂伸展的举重能力为5kg集成电池包动力系统28个结构执行器与原有的40个相比运动全身有40个电机驱动器移动速度可达降大大降低规模化量产难度和成本50个基础自8kmh人类男性跑步速度为12km小时由度躯干281手部112AI系统与特斯拉汽车相同的SOC芯片FSD全感知头部自动驾驶摄像头自动辅助驾驶系统软件自动化驾驶计算系统多摄像头视频神经网络规划能力Dojo超级计算机的训练机制资料来源BeeboHMI沙漏AI机器人华西证券研究所13未来展望仍在等待GPT时刻的到来机器人领域仍在等待着大脑的进化GPT模型的自然语言处理已经汇聚了自回归变换器下一个词预测强化学习高级特征的配方然而对于人形机器人的请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明8证券研究报告行业深度研究报告技术而言还没有算法能够达到同样的效果目前Optimus可期待的应用场景还是重复性的小场景工作因为FSD模型无法对未知信息进行预测近日特斯拉Optimus的官方推特账号上传了新的演示视频Optimus能够仅依靠视觉来对物体进行分类还能完成难度更大的瑜伽动作采用了类似于特斯拉自动驾驶技术FSD12的端到端神经网络控制视频输入控制输出并由此来控制各个部件和关节的移动谷歌Deepmind已在测试多模态模型RT-2控制机器人内嵌120亿参数PaLM-E模型以及550亿参数PaLI-X模型的RT-2在陌生任务中的平均准确率相比RT-1翻倍达到62如果行业能打造出RobotGPT的基座模型实现零样本或少样本学习则能在更复杂乃至陌生的环境中执行任务实现人形机器人的智能涌现图5谷歌已开始测试用多模态模型RT-2控制机器人大模型加持下陌生场景性能大幅提升不同模型控制机器人执行任务准确率资料来源机器之心华西证券研究所Optimus初步落地可期应用想象力扩大根据马斯克发言Optimus预计将于今年11月进行行走测试之后在生产稳定后开始加速明年进入工厂测试实际工作此外Optimus的核心硬件模块化同样有巨大的应用潜力透过将Neuralink脑机接口植入物与机器人手臂或腿结合可构成优秀的假肢为被截肢的人提供一个优秀的机器人身体可能只需要6万美元2波士顿动力机器人领域的顶尖实验室21最强动态性能的跑酷机器人Atlas机器人领域三十年积累造就最灵活人形机器人波士顿动力BostonDynamics由麻省理工学院副教授马克雷波特于1992年创立最初的机器人是为美军研制的大狗BigDog机器人可在废墟泥地雪地水中行走奠定了Atlas运动能力的基础波士顿动力目前最先进的机器人Atlas身高15米体重80kg速度15ms依靠28个液压执行器实现各种高难度运动足部踝关节由两个直线执行器并联驱动髋关节和手臂多是伺服摆动缸Atlas不仅拥有卓越的物理机动性更因其高级的控制系统和算法而独立于众多次在演示中展现出近乎超乎人类的运动与平衡能力请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明9证券研究报告行业深度研究报告图6波士顿动力产品线资料来源极客公园华西证券研究所22创新硬件与算法沉淀Atlas实现卓越运动性能Atlas以高性能电液驱动系统复杂的AI算法和多模态视觉感知实现优异运动性能强大运动性能得益于独特液压驱动不同于多数机器人采用电驱Atlas为了获得最强的机动性采用液压伺服驱动具有高负载驱动特性即使是高难度动作如后空翻等依然能平稳落地Atlas机器人全身有28个自由度在多个液压关节与算法的协调配合下Atlas已经可以熟练的完成垂直起跳跨越障碍后空翻甚至完成整套的舞蹈以及手脚都参与的跑酷功能图7Atlas采用3D打印腿部使液压系统与肢体融合图8波士顿动力液压驱动原理资料来源静液压华西证券研究所资料来源静液压华西证券研究所请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明10证券研究报告行业深度研究报告表3Atlas各关节自由度身体部位自由度具体应用单腿3个小腿纵向自由度大腿纵向自由度胯部横向自由度横向和纵向自由度通过双液压缸的联合驱动能够实现纵向横向斜向三种单脚踝2个运动状态这三种运动状态可增强行走过程中单腿支撑时腿部的运动能力腰腹2个轴向和径向自由度单臂6个肩部轴向和径向自由度大臂轴向和径向自由度小臂轴向和径向自由度腕部和手各1个自由度资料来源静液压华西证券研究所离线模板与在线精细控制构成独特运动算法Atlas的离线轨迹库模板包含了众多预设的最优运动方案会向决策层MPC模型预测控制提示最佳的解决方案选择此后MPC利用机器人的动力学模型来预测其未来的动作这种控制器的核心工作机制是优化计算确定机器人当前应该进行的最优动作从而随着时间的推移产生最佳行为当遇到如环境改变脚滑等实时因素时MPC会调整机器人的发力姿势和动作的发生时机来适应此外MPC还能跨行为边界预测下一步的行动例如知悉跳跃后要进行后空翻它便会自动创建行为之间的过渡确保动作连贯在MPC30版本中Atlas已能主动使用参数已知的工具在官方演示视频中Atlas用木板搭了一座桥通过障碍图9Atlas控制核心离线轨迹库在线精细控制的MPC控制器资料来源知乎华西证券研究所TOF预设地图构成Atlas的眼睛在感知层Atlas使用TOF深度相机每秒生成15帧的环境点云这些点云基于大规模的测距集合它的感知软件采用多平面分割算法从点云中提取平面并将此信息输入到映射系统中为Atlas构建通过相机看到的各种对象的模型当Atlas执行扩展的跑酷行为时波士顿动力的研发团队为其提供了一张高级地图指明了它应该前往的地方和沿途应该执行的动作尽管这张地图并不完全与真实路线的几何形状匹配但它提供了障碍模板和注释动作的近似描述Atlas则利用这些稀疏信息进行导航并用实时感知数据来填补细节23从机械狗Spot开始商业化前路漫长机械狗Spot率先开启商业化之路Spot是波士顿动力2015年2月发布的四足机器人身高仅一米有余SpotMini是Spot机器人的更加小型且防水的版本加上机器臂重量295kg一次充电可以跑90分钟相比波士顿动力其他液压结构驱动的机器人SpotMini是纯电动的因此是波士顿动力最安静的机器人之一搭配多请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明11证券研究报告行业深度研究报告种传感器可以完成各项复杂的动作以及巡航如无人区巡逻寻找气体泄露公园安保等SpotMini是公司商业化探索的第一步于2020年6月开始公开发售每只定价74500美元折合人民币超过50万元Spotmini整体的设计以高集成度高任务作业能力为主继承了波士顿动力其他机器人的高运动能力最优异的性能就是楼梯攀爬其采用全视觉方案构建全局地图进一步选择合适的落足点避开台阶边缘以及不安全的落足区域图10SpotMini尺寸参数表4SpotMini工作参数项目参数容量605Wh平均工作时间90分钟电池待机时间180分钟充电时间120分钟WiFi24GHz机身接口IEEE80211bgn1000BASE-T最大速度16ms时速576km移动最大爬坡角度30最大台阶高度300mm水平视角360地形范围4m判断照明2Lux防撞设置的距离工作工作温度-2045C环境工作湿度070RH资料来源知乎华西证券研究所资料来源知乎华西证券研究所难以降本量产约束商业化落地波士顿动力从学术领域实验室诞生因此机器人的设计多是不计成本以性能为导向早期为美国国防高级研究计划局承包项目由于商业化进程不及预期被谷歌收购后又经历两度易主2017年6月软银接手2021年6月由现代汽车接管根据AnalyticsIndia杂志专家估计Atlas单台成本至少为15万美元折合人民币109万元即使是更有性价比的Spot机械狗公司表示截至2023年6月售出超过1000台尽管Spot在市场中获得了一定的反响但相较于Atlas等高端产品的技术潜力其商业化进程仍显缓慢多次易主的波士顿动力在向商业市场推出产品的道路上还有很长的路31XTechnologies开启AI具身智能革命31OpenAI领投机器人使命是与人类并肩工作AI与人形机器人结合打造与人类协同的劳动力1XTechnologies于2014年成立是一家工程和人形机器人公司使命是创造与人类并肩工作的通用机器人以满足全球的劳动力需求公司今年完成了2350万美元的A2轮融资由OpenAI创投基金领投其他投资者包括老虎环球基金和一个由SandwaterAllianceVentures和SkagerakCapital等挪威投资者组成的财团公司表示将利用这笔资金来加大即将推出的双足机器人模型NEO的产量同时扩大其在挪威和北美的首款商用机器人EVE的生产规模请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明12证券研究报告行业深度研究报告表51XTechnologies融资整理融资轮次时间融资规模核心投资者融资用途Valinor扩大团队规模加速产品研发量产A轮2021年5月1010万美元ADTCommercial人形机器人HattelandOpenAITigerGlobalSandwater加大双足机器人NEO的投入同时扩AllianceVenturesA2轮2023年3月2350万美元大其在挪威和北美的首款商用机器人ThursdayVenturesEVE的生产规模SkagerakCapitalTrevorBlackwellTypeOne资料来源SiliconValleyRoboticsMedium华西证券研究所32从Eve到Neo具身智能雏形显现以人类为灵感运动马达实现突破1XTechnologies不仅仅让机器人模拟人类的形态更重要的是挖掘了人类自身独特的运动机制并突破性地转化为Revo1运动马达其拥有世界上扭矩与重量比最高的直驱伺服专为低齿轮比机器人设计并搭配能模仿有机肌肉运动的灵活机械实现灵敏高效的运动能力根据公开专利Revo1执行器使用了名为哈尔巴赫阵列的特殊磁铁排列方式使得电机更紧凑轻巧同时能产生高扭矩Revo1的扭矩-重量比是市面上发动机的四倍非常适合用于人形直驱机器人哈尔巴赫阵列的设计使得磁场更有效地指向转动轴同时通过调整磁铁的厚度防止在高温高扭矩运行时磁铁的退磁现象从而保证电机的性能和稳定性图11Eve关节设计示意图12Revo1执行器拆解示意资料来源公开专利百度文库华西证券研究所资料来源公开专利百度文库华西证券研究所拳头产品EVE逐步实现商业化1XTechnologies目前的旗舰产品是名为EVE的类人机器人EVE拥有两臂两眼和四轮底盘可以像人类一样与其环境进行交互在各种环境中执行多种任务如巡逻监控搬运等适合在劳动力短缺的市场中使用由于人形机器人活动复杂还未能实现完全由AI托管EVE采用AI与人工结合的方式控制但一位操作员可同时操控一组多台EVE机器人2022年公司首次取得商业突破签署了至少140台EVE机器人的分销合同为美国商业场所提供安保服务请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明13证券研究报告行业深度研究报告双足机器人NEO初步具备具身智能特征NEO是1XTechnologies正在研发的双足人形机器人它完全按人类的外形和运动方式设计NEO有头躯干手臂和腿会走路抓东西并通过面部表情沟通NEO的特点是其安全第一的设计思路确保了其柔软且有机的机械结构使得与人类互动更加安全NEO的高精度运动基于模仿人类肌肉模式而设计使其能够如同人类一样行走抓取物品并与环境互动其AI设计使其能够自然地与用户交流目前NEO不仅可以自然准确地穿门爬楼梯在OpenAI的软件加持下有望完成更多高难度任务以及完整的无人操作体验表6EVE与NEO参数对比特性EVENEO安全优先设有机体启发的机械结构柔软有机体启发的机械计适用于真实世界场景结构可安全互动接近人类的运动性能高高精度运动设计用于操精度移动模仿人类肌肉模运动性能作门电梯并以自然方式能够行走爬楼梯式与环境互动等拥有先进AI大脑可在拥有先进AI大脑可在空间内自由移动并能远AI空间内自由移动并能远程操控可从VRTeleOp程操控任务中学习实现自动行为以及AI导航具有全景视图2个前置视觉摄像头和1个后置摄像头以VRTeleOp同步模式操作并通过人为干预进行以VRTeleOp同步模式操控制优化一个操作员可控制作重点关注安全多台EVE体型身高186米重83kg重约30kg运行时间为4小时充电运行时间为2-4小时电续航时间为1小时电动系统动系统最高速度为144kmh4kmh步行速度12kmh速度具有多地形轮组跑步速度承重20kg资料来源1X官网华西证券研究所33与OpenAI合作共赢将大模型带进现实世界OpenAI技术全面赋能人形机器人1XTechnologies与OpenAI的合作不只是简单的技术共享而是在探索将前沿的理论AI技术与现实的机械结合有望创建一个真正能与现实世界互动的智能实体公司正利用OpenAI的技术提升他们的机器人智能程度如通过OpenAIGym训练机器人进行自主导航和避障使用OpenAIROS实现与机器人操作系统ROS的通信以及借助GPT模型使机器人理解并执行自然语言命令未来他们还可能采纳OpenAI的DALL-E和CLIP等技术使机器人有生成和解析图像的能力GPT模型若能针对人形机器人进行优化真正构成具身智能大脑使机器人能够更好地理解和适应复杂的环境更高效地解决问题并具备更灵活的行为能力请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明14证券研究报告行业深度研究报告表71XTechnologies使用OpenAI技术一览库OpenAIGymOpenAIUniverseProcgenUniverse通过VNC协议连Procgen是一个专注于生成Gym是一个提供了许多标准接到各种外部环境如式环境的库它提供了一套化环境的库使得研究人员Flash游戏浏览器等它过程生成技术来创建多样化简介可以在多种任务和领域中测允许开发人员在一个统一的和随机化的环境以便研究试和开发强化学习算法接口中训练和评估AI在各人员可以在更多变的条件下种不同环境中的性能测试和开发强化学习算法简单易用是是是环境种类标准化环境外部环境生成式环境多任务支持是是有限开源是是是基于是是是Python资料来源Github华西证券研究所人形机器人与AI互相成就OpenAI可借鉴1XTechnologies的机器人技术来提升其AI系统的物理交互能力目前OpenAI的AI系统主要是在虚拟环境中运行如OpenAIGymUniverse和Procgen虽然这些环境可以模拟一些真实世界的场景和任务但仍然无法完全复制物理世界的复杂性和不确定性如果OpenAI能够将其AI系统部署到1XTechnologies的机器人上那么它就可以让其AI系统在真实世界中学习和适应从而增强其泛化能力和鲁棒性图13具身智能学习能力远强于第三人称数据学习资料来源机器之心华西证券研究所4Apollo始于人类赋予人类41以探索宇宙为愿景的机器人与NASA深度合作长期目标为机器人探索宇宙诞生于德克萨斯大学奥斯丁分校的初创公司Apptronik于8月公布了其最新的人形机器人Apollo阿波罗Apollo体现了人的外形特征高17米重726kg拥有25公斤的举重能力电请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明15证券研究报告行业深度研究报告机驱动的Apollo体现了安全性的考量将在与人共同工作的环境中展现其优势Apollo的短期目标是辅助物流领域解决供应链中因人力短缺所带来的挑战但它的梦想远不止于此Apptronik的创始团队在2012年至2013年的DARPA机器人挑战赛期间为NASA机器人Valkyrie工作根据IOTWorldToday公司此后也与NASA进行深度合作公司对Apollo的长期愿景即是将其用于太空探索助力人类登陆月球火星及更远的天体图14Apptronik与NASA合作研发机器人Valkyrie图15Apollo机器人模块化设计资料来源IOTWorldToday华西证券研究所资料来源1X官网华西证券研究所定位为机器人领域的iPhoneApollo的目标是像iPhone一样成为机器人领域的通用开发平台使开发伙伴能够扩展Apptronik的解决方案并将数字世界扩展到物理世界与人们一同工作完成他们不想做的工作在通用框架的基础上合作伙伴可将Apollo的应用范围从物流和制造业扩展到建筑石油和天然气电子等行业乃至零售送货上门老人护理等与人类更密切接触的领域在设计上Apollo多部件采用模块化设计如腿部可更换为固定桩以及电池支持热插拔设计以解决人形机器人续航痛点表8Apollo性能参数及应用场景身高173cm基本参体重726kg数运行时间4小时每个电池包负重25kg在RaaSRobot-as-a-Service机器人即服务模式下可在高峰期短适应多样需求通用领期租赁域根据需要进行任务切换通用型机器人可轻松切换任务便捷切换可无缝将人工劳动替代无需增加资本投入或改建设施自动化机器人大幅提升效率准确性以及速度为企业降本增效物流高灵活性每个客户都有独特性Apollo可实现灵活且通用的自动化自动化替代手动操作流程零售通用性灵活通用的自动化可让零售商根据需求变化实现快速调整制造工厂的自动化还差最后一公里即运输材料人形机器人可完完全自动化美胜任制造业回归带来人力需过去四年北美制造业从海外回归数量增长250人力需求大幅增长制造求劳动力缺口扩大技能培训需要巨大成本且底层材料运输劳动力缺口继续扩大自动牵引车仍需人工支自动牵引车减少了司机需求但仍需人工将托盘从牵引车转移到生产线持请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明16证券研究报告行业深度研究报告资料来源Apptronik官网华西证券研究所42拟人形态与技术结合以人为本专注安全性Apptronik的团队在近十年构建了超过10种独特的机器人外骨骼方面的研究提供了重要的安全背景知识而工业机械臂的开发则在保持经济性的同时提高了有效载荷最终凝结成为Apollo专为在人类设计的环境中与人类一同工作而构建的人形机器人Apollo不仅尺寸接近人类并且拥有独特的力控架构保证了它在人周围的安全操作Apollo与传统的工业机器人相比更像是一种协作机器人早在研发外骨骼时Apptronik就为其配备了6轴力传感器力敏感袖带空气冷却的系列弹性执行器模块来确保机械系统的稳定性和安全性而Apollo在智能程度上更胜会利用其视觉感知和力度感应当人类靠近机器人时减速如果人类靠得太近Apollo会停下来如果Apollo被绊倒它会进入安全模式蜷缩身体以减少对机器人自身和周围环境的损害图16Apptronik在外骨骼上以6轴力传感器力敏感袖带空气冷却执行器保障设备安全性资料来源ComplexStiffnessModelofPhysicalHuman-RobotInteractionImplicationsforControlofPerformanceAugmentationExoskeletons华西证券研究所性能和成本引导设计长期价格将与汽车相当Apollo的核心是执行器公司称为机器人肌肉人类体内有大约300块肌肉Apollo经过简化系统内部有大约30个不同的肌肉群满足基本的动作和活动Apollo的设计思路从第一性原理出发为了使每个关节完美配合使用线性和旋转执行器控制整个系统同时执行器的设计着重考虑了成本问题新执行器比以往机型少了约13的组件同时组装时间也缩短到13公司CEO预计人形机器人要打开市场成本需控制在5万美元内售价应当与汽车相当请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明17证券研究报告行业深度研究报告图17Apptronik自主设计高性能紧凑执行器大幅降低生产成本资料来源公开专利百度文库华西证券研究所43朝向月球进发精细控制还有进一步提升空间Apollo的研发重心更多放在安全性和更像人上公司CEO表示不认为手部的灵活性是人形机器人的核心技术壁垒后续可能考虑和其他公司合作研发手部在Apollo的测试版本上使用了更简单的手部执行器公司认为初期研发重心应当专注于达成类人形态但同时也在手腕处保留了模块化接口长期可与其他公司合作进行精细手部的独立研发Apollo目前仅限于只需要粗略操控的工作Apptronik计划首先将Apollo部署到仓库中来移动纸箱篮子等这些任务主要在于移动而不需要完全灵巧的手和腕部图18Apptronik在人形机器人专利中未见手部设计资料来源公开专利WIPO华西证券研究所目标月球乃至更远的地方作为与NASA深度合作的机器人公司Apptronik的长期目标是将Apollo用于太空探索它们可以用来在宇航员到达之前建造和测试为人类设计的环境例如月球和火星栖息地而人形机器人要进入太空挑战无疑会更大Apollo需要更强的自主性更高的稳定性和更佳的灵活性来适应外太空的环境请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明18证券研究报告行业深度研究报告5AgilityRobotics从学术到实用领跑仓储机器人领域51实用主义与尖端科技结合商用仓储机器人Digit学术研究起家推出仓储用人形机器人AgilityRobotics成立于2015年其根源可以追溯到2000年代初其创始人DamionShelton和JonathanHurst毕业于卡内基梅隆大学机器人专业两人联合创建了公司Agility的两款主要机器人ATRIAS和Cassie由俄勒冈州立大学的动态机器人实验室于2009年至2016年开发并授权给Agility进行商业化ATRIAS机器人不仅展示了复杂地形的行走能力还突破了传统的双足机器人设计框架其能够在随机变换的障碍地形中行走完美跨越障碍而在ATRIAS基础上开发的Cassie机器人则注重技术与应用的结合不再只是科研展示而是真正意义上的实用机器人图19ATRIASCassieDigit外形对比资料来源Agility官网华西证券研究所需求引导设计实现真正实用仓储机器人Digit在Cassie的基础上升级推出它能够实现崎岖地形穿越越过障碍物具有稳健的步行和跑步步态感知能力可在非结构化环境中实现爬楼梯和自主导航以及操纵手臂执行基本任务Digit二代参数与技术进一步升级足部设计优化使其在非常柔软的表面比如沙子上提高性能除此之外在Digitv1中感知系统是随着时间的推移而逐渐增加的以供开发使用而在Digitv2中所有感知系统从一开始就处于活动状态并绑定到专用计算机上Digitv2的所有电子设备也都经过定制热管理和环境密封公司还将电源和以太网连接到了可容纳NUC或Jetson模块或其他客户有效负载的有效负载托架中请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明19证券研究报告行业深度研究报告表9Digit参数对比特性DigitDigitV2优化足部设计增加足部面积和横滚自由度使得Digit可以在不进行侧向踩踏的条件下抵抗侧向力足部足部增加致动器从而增加一倍扭力冲击甚至实现单脚静态平衡提高Digit行走稳定性降低噪音增添上身躯干和两只4自由度的手臂上身躯干加粗上臂从而满足负重目标双臂足以举起18kg的负载箱子头顶加装多线激光雷达用于定位导航升级感知系统使Digit可以实现完全自主的障碍头部头顶斜向下加装2个深度相机用于近物的检测以及物体拾取和放置身视觉和深度信息采集资料来源官方视频BUILDINGROBOTSTHATCANGOWHEREWEGO华西证券研究所仿人机器人设计适应仓储工作环境相比于现有在仓库中执行任务的轮式机器人Digit更加适合在仓库这种典型人类环境下实现重复性工作轮式机器人可以专门设计用于完成特定任务如移动手提箱而不执行其他操作它们成本低安全性好且效率高但当工作流程和工作环境发生变化将需要投入大量成本拓展改造同时复杂程度也会几何倍数提升而Digit能够像人类一样使用凳子去接触高架子上的物体能够执行各种任务并适应许多不同的工作流程由于Digit具有人的大小和形状并且专为在为人设计的空间中工作而构建因此可以无缝部署到现有仓库操作和竣工基础设施中而无需昂贵的改造图20Digit在仓库中执行工作资料来源官方视频演示华西证券研究所52与行业巨头深度合作人形机器人批量生产时代已到商业化进程与研发同步仓储物流领域着重发力AgilityRobotics和亚马逊福特等多领域公司在Digit研发阶段就有了深入的合作2019年5月22日AgilityRobotics即与福特汽车公司宣布建立合作伙伴关系开发结合了福特的自动驾驶汽车技术和Digit机器人的最后一英里无人物流解决方案Digit可以被放在自动驾驶送货车的后面Digit完成最后一公里运输把包裹放到消费者的家门口2022年4月AgilityRobotics获得了亚马逊工业创新基金AIIF参与的15亿美元B轮融资AIIF负责人KatherineChen对Agility设计混合型劳动力机器人的思路表示肯定其技术有望对物流行业产生颠覆性影响请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明20