近年来，随着劳动力短缺及劳动力成本的增加，智能服务机器人产品及解决方案得到了快速渗透。据弗若斯特沙利文统计，以销售收入计算，全球智能服务机器人产品及解决方案市场从2018年的114亿美元增长到了2022年的235亿美元，年复合增长率为19.8%。未来，随着产品类型及功能扩展变得更加成熟和灵活，预计到2028年将会达到628亿美元，2022年至2028年年复合增长率为17.8%。
图：全球智能服务机器人产品及解决方案产业的市场规模（来源：国际机器人联合会，弗若斯特沙利文）
人形机器人是一种相对较新的服务机器人，其形状与尺寸与人体相似，能够模仿人类运动、表情、动作，以及行为特征，有时甚至可以与人类进行交互，或执行一些特定任务。它可以应用在各种领域，比如娱乐、接待、教育、医疗，以及助老护理等，也可以提供社交陪伴，或者执行危险或重复性高的工作。
人形机器人产业规模
目前，全球人形机器人行业仍处于早期阶段，市场参与者较少，且应用场景有限。据悉，目前参与人形机器人行业的企业包括波士顿动力、特斯拉、本田、1X Technologies、Figure、Agility Robotics、优必选、达闼科技、小米、腾讯、傅利叶智能、小鹏汽车、追觅、宇树、智元机器人等厂商，但大都处于样品开发阶段，仅优必选有推出量产化的产品，但由于价格高昂，销量一般，据其招股书披露，从2021财年到2023年6月仅售出了10台人形机器人产品。
尽管如此，业内人士都普遍看好人形机器人的未来发展，投资机构对人形机器人的热情也很高，据小编投资界的朋友透露，目前人形机器人是投资界愿意放款的几个少有赛道之一。
此外，国内政策也在积极推动，比如工信部及多部门在2023年1月份发布了《机器人+应用行动实施方案》促进机器人行业的发展；11月2日，工信部又发布了《人形机器人创新发展指导意见》，明确了未来产业发展的具体目标，同时部署了关键技术突破、产品培育、场景拓展、生态营造、支撑能力五方面的任务。这是我国针对人形机器人领域发布的顶层设计文件。再加上各地方政府推出的优惠政策，相信我国人形机器人产业链商业化落地进程有望提速。
也就是说，未来将会有越来越多的市场参与者进入人形机器人赛道。据弗若斯特沙利文统计，预期全球人形机器人解决方案市场规模到2028年将会达到95亿美元，占全球智能服务机器人解决方案产业市场规模的15.2%。预计我国市场到2028年将达到99亿元市场规模。
不过，即便资本市场热情很高，政策也在大力支持，但如果想要人形机器人实现量产及场景应用，依然需要更多的资金支持。达闼机器人董事长兼CEO黄晓庆在近期的一次公开活动中坦言，看起来人形机器人所有的基础技术突破都已经实现，但仍然面临着诸多挑战，比如端到端产品的运行问题，资金问题等等。
全球人形机器人解决方案产业的进入门槛
人形机器人是人工智能技术的主要载体，可以让人类更加直观地体验先进的人工智能技术。与其他类型的智能服务机器人相比，它更符合人类工程学，可更快适应人类生活及工作环境。
图：特斯拉人形机器人在表演单脚站立的瑜伽动作（来源：特斯拉）
但目前人形机器人的研发费用与生产成本极高，很多关键技术还需要继续突破。基于目前已经发布的人形机器人原型机构造，人形机器人主要由上、中、下游三个部分组成。
其中上游为核心软硬件、硬件包括伺服电机、减速器、控制器、传感器等，软件方面主要包括机器视觉、人机交互、机器学习，以及系统控制等。
中游则是人形机器人本体的制造商，即将上游的核心软硬件组合在一起，生产出能走、蹲、跑、跳、捡东西、抓物品等功能的人形机器人厂家。目前国内主要有优必选、达闼科技、小米、腾讯、傅利叶智能、小鹏汽车、追觅、宇树、智元机器人等厂商，国外则有波士顿动力、特斯拉、本田、1X Technologies、Figure、Agility Robotics等厂商。
可以看到，这些厂商中主要都是新兴的机器人厂商或初创公司，传统的机器人巨头，比如发那科、ABB、安川、库卡等厂商并没有参与其中。
下游主要是人形机器人的各种应用领域，比如工业制造、仓储物流、医疗服务、商业服务等。
本文将会聚焦在人形机器人上游产业链方面的情况介绍。
人形机器人上游产业链及供应商
2023年9月24日，特斯拉分享了Optimus相关视频，展示了人形机器人执行各种任务，包括做瑜伽和自动按颜色对方块进行分类，就算是有人干预的情况下，Optimus仍然能快速适应这种变化并成功完成任务。它也能做出需要单腿站立并伸展四肢的瑜伽姿势。这些都离不开传感器产品的支持。
人形机器人作为高度集成的机器，需要应用很多传感器，比如摄像头、激光雷达、惯性传感器、力传感器、以及编码器及电流传感器等。
机器视觉方面，有纯视觉方案，也有多传感器融合解决方案。纯视觉方案中的供应商，图像传感器有索尼、韦尔股份等；摄像头有舜宇光学、联创电子等；毫米波雷达有Arbe、威孚高科、联合光电等；算法方面有特斯拉、商汤、科大讯飞、海康威视、虹软科技、云从科技等。
融合传感方面，ToF深度相机的供应商有康耐视、奥普特等；3D视觉传感器的供应商有索尼、英特尔、微软、奥比中光；激光雷达有Innoviz、Luminar、万集科技、炬光科技等。
力传感器主要应用在人形机器人的关节、足部、灵巧手等领域，主要用来监测、检测、记录施加在其上的线性力和旋转力，将力信号转化为电信号。
按照测量维度，力传感器可以分为一维、多维（三维、六维）力传感器。一维力传感器仅检测一个方向的作用力或力矩，工业中应用广泛，价格也较为便宜（大多为数百元）。多维力传感器仅包括三维力和六维力传感器，均需要标定 XYZ 坐标轴，区别 在于应变片的数量及解耦算法，因此三维力传感器可以视作六维力传感器对的低配版，且成本并没有大幅降低，所以三维力传感器的使用范围较小；六维力传感器是最高端的力矩传感器，同时测量 XYZ 轴向力和环绕轴的力矩，内部的算法可以解耦各个方向的力和力矩的干扰，应用于高端机器人和精密设备中，价格也十分昂贵（大多在数千元至上万元）。
在供应商方面，主要厂商有 ATI、霍尼韦尔等，目前中国市场上的高端传感器国产化率较低。国内力传感器代表公司包括坤维科技（瀚川智能参股）、宇立仪器、蓝点触控、柯力传感、昊志机电芯动联科、康斯特、鑫精诚，及海伯森等。
IMU（惯性测量单元）主要用来检测人形机器人的实时姿态信息，从而对机器人实现反馈控制，IMU一般采用MEMS工艺。人形机器人对IMU的精度要求更高，要高于工业机器人与汽车自动驾驶应用。
高性能MEMS惯性传感技术壁垒高，市场被霍尼韦尔、ADI与诺斯洛普-格鲁曼三家厂商占了一半以上。国内有一些MEMS惯性传感器厂商，比如芯动联科、明镐传感（苏州固锝子公司）、华仪科技星网宇达等，但他们主要提供消费级MEMS产品，人形机器人上想要使用估计还要等一段时间。
编码器是人形机器人的一个核心零部件，因为人形机器人旋转关节、线性关节和灵巧手均需要采用伺服控制系统方案，编码器必不可少。一般来说伺服控制系统由伺服驱动器、编码器与伺服电机组成。
人形机器人线性执行器、旋转执行器和灵巧手均使用伺服系统解决方案，因此，均需要编码器， 旋转执行器甚至使用了双编码器的方案。
按照工作原理，编码器可分为增量式、绝对式及混合式三类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。混合式编码器会输出两组信息，一组用于检测磁极的位置，带有绝对信息，另一组与增量式编码器相同，测量位移大小。
根据不同的结构特点，编码器又可分为光电编码器和磁性编码器，光电编码器在一般工业控制中更为主流， 磁性编码器近年来快速发展。光编码器因为不受电磁效应的影响，更适用于高精度要求对的场景，但其由于需要光栅照射而体积较大，密封性也不高；磁编码器具有高抗震能力、耐污浊、装配要求低、体积小等特点，因此近年来在小型机器人关节中的使用逐渐增加。
人形机器人关节较小，以及旋转关节的双编码器方案，磁编码器更受青睐。目前，国内编码器仍以外资厂商为主，国外典型的光编码器厂商有多摩川、海德汉、欧姆龙等。磁编码器国外代表厂商有堡盟、雷尼绍、英飞凌、 NXP 等。国内编码器供应商有禹衡光学（奥普光电的子公司），以光编码器为主，也开始发力磁编码器，不过没有布局人形机器人；汇通光电（汇川技术子公司），光编码器与磁编码器均有布局；振华风光从事军用磁编码器；以及锐鹰、艾而特等。人形机器人用的磁编码器方面，昊志机电、禾川科技、三花智控等公司已有相关布局。
减速器方面，人形机器人用到的减速器有谐波减速器、RV减速器及精密行星减速器三种。其中精密行星减速器结构比较简单，一级传动比一般在10以内，且减速级数一般不超过3级，刚性较高，主要搭配步进电机和伺服电机，用以降低转速，提升扭矩。主要供应商包括日本新宝、纽卡特、威腾斯坦、科峰智能等。
谐波减速器主要由刚轮、柔轮、谐波发生器3个基本部件构成。可固定其中任意一个，其余两个可分别连接输入（主动）、输出（从动），以实现减速或增速。它承载能力较强、传动精度高、减速比大、传动效率高、结构简单、体积小、重量轻、寿命长、传动平稳、间隙小，安装调整方便。但柔轮在转动过程中每转发生两次椭圆变形，使柔轮极易发生疲劳损坏，且损耗功率较大。供应商主要有哈默纳科、绿的谐波、大族、同川、新宝、来福、昊志机电等。
RV减速器是以摆线针轮行星传动为基础发展而来的。它的主要特点是减速比范围大、传动效率高、平稳性好、承载能力强、刚性好、传动精度高。相比于谐波减速器，RV减速器结构复杂，零部件种类和数量更多，更考验零部件的加工工艺和装配能力。国内的双环传动、秦川机床、中大力德等厂商在RV减速器方面有布局。
谐波减速器主要用于工业机器人轻负载部位，RV减速器主要用于重负载部位，互为补充。在工业机器人领域，谐波减速器一般在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。RV减速器具有更高的刚性和扭矩承载能力，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。
主控芯片方面，人形机器人的控制系统是最为核心的，一般由机器人厂商自行开发研制。而主控芯片则是控制系统中的关键，目前人形机器人主控芯片主要有3种类型：即SoC、FPGA、CPU基于MCU的PLC等。
比如特斯拉就是用自己开发的Tesla SoC来设计控制系统的，用于收集、处理及输出信息。UCLA的Artemis控制系统也使用了SoC芯片。其实国内的不少人工智能芯片也是可以用于人形机器人主控的，比如寒武纪、地平线等。
也有厂商采用FPGA来应对复杂进程处理能力不足的问题的。FPGA的供应商有AMD、英特尔、安路科技、复旦微电、紫光同创等厂商。
基于单片机的PLC这个思路其实来源于传统工业电子，很多传统工业自动化都是基于PLC来进行控制的。
电机是人形机器人最为重要的执行器。机器人所有的动作都需要电机的参与才能完成。电机这块，目前关注度比较高的是空心杯电机和无框电机。空心杯电机的供应商主要有MAXON、Faulhaber、鸣志电器、江苏雷利、伟创电气、禾川股份、鼎智科技，及恒帅股份等。
无框电机供应商主要有步科股份、雷利电机、雷赛智能、德昌股份等。
结 语
人形机器人是目前行业比较关注的应用，因为它不仅能与目前火热的AI整合到一起，也具有美好的想象空间。当然，具体什么时候能够走进人们的生活，还需要产业链上下游共同努力，突破技术限制，打开市场大门。
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