2023年智能機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書

智能機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2023）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（AII）2023年

12月聲明本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數(shù)據(jù)、觀點、建議，不構(gòu)成法律建議，也不應(yīng)替代律師意見。本報告所有材料或內(nèi)容的知識產(chǎn)權(quán)歸工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟所有（注明是引自其他方的內(nèi)容除外），并受法律保護(hù)。如需轉(zhuǎn)載，需聯(lián)系本聯(lián)盟并獲得授權(quán)許可。未經(jīng)授權(quán)許可，任何人不得將報告的全部或部分內(nèi)容以發(fā)布、轉(zhuǎn)載、匯編、轉(zhuǎn)讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)方式傳播，不得在任何公開場合使用報告內(nèi)相關(guān)描述及相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。違反上述聲明者，本聯(lián)盟將追究其相關(guān)法律責(zé)任。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟聯(lián)系電話箱：aii@前

言機器人被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。當(dāng)前新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，新一代信息技術(shù)、生物技術(shù)、新能源、新材料等與機器人技術(shù)深度融合，智能機器人產(chǎn)業(yè)迎來升級換代、跨越發(fā)展的窗口期。智能機器人集機械學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)、控制論、人工智能等多學(xué)科知識于一身，具備自主決策、學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，在工業(yè)、醫(yī)療、教育、家政、無人駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，為人類生活帶來便利和效率。牽頭編寫單位：中國信息通信研究院參與編寫單位：北京航空航天大學(xué)清華大學(xué)北京工業(yè)大學(xué)本白皮書就智能機器人的技術(shù)產(chǎn)業(yè)變革和我國智能機器人產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展方向展開。通過對智能機器人的場景進(jìn)行分類，找出各個場景的共性特點，對不同場景的機器人通過對面臨問題進(jìn)行分析得到解決方案進(jìn)而總結(jié)凝練得出共性需求，最終由場景需求引導(dǎo)得出智能機器人的四大功能方向升級。航空工業(yè)綜合技術(shù)研究所海思半導(dǎo)體有限公司隨后由功能需求牽引，導(dǎo)出智能機器人的技術(shù)趨勢?？偨Y(jié)得到智能機器人技術(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(jìn)。以技術(shù)框架為指導(dǎo)，識別出智能機器人的產(chǎn)業(yè)體系，研判了全球智能機器人前沿產(chǎn)業(yè)趨勢和我國長短板，對智能機器人的產(chǎn)業(yè)變革和我國情況進(jìn)行研究。最后綜合智能機器人的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)趨勢，提出政策建議，總結(jié)提出我國下一步布局方向。本研究共得到以下核心觀點。技術(shù)方面，智能機器人存在深度智能驅(qū)動、高效以虛馭實、泛在敏捷操作及多元感知交互的技術(shù)趨勢。產(chǎn)業(yè)方面，智能機器人存在操作系統(tǒng)與平臺重要性提升，科技企業(yè)話語權(quán)增強和產(chǎn)業(yè)生態(tài)開放化的趨勢。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟公眾號編寫組成員（排名不分先后）：彭連松、韋莎、孫闖、徐浩銘、楊涵、沙宗軒、杜娟、郝詩夢、高凡、滕飛、劉迎，駱曼迪、鐘升達(dá)、龔正、孫國良、夏麗嬌、劉毓煒。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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行運動、操縱或定位（8373:2021Robotics–Vocabulary）。而我國發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T39405-2020，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(biāo)準(zhǔn)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-HillDictionaryofScientific&TechnicalTerms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(rèn)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。—1—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(jìn)的算法和機器學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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—2—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(jìn)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?fù)鋵W(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(jìn)，共同推動機器人技術(shù)的進(jìn)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)—3—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(jìn)化的關(guān)鍵階段。智能機器人的歷史可以追溯到20世紀(jì)40年代至60年代，智能機器人處于L0級。1956年，約翰·麥卡錫(JohnMcCarthy)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(biāo)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（MassachusettsInstituteofTechnology，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(jì)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—4—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(jìn)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(jì)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(biāo)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(jìn)入市場，如掃地機器人、洗碗機等，幫助人們減輕了家務(wù)負(fù)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(jìn)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(hù)。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，機器人在深海勘探、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(jìn)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(jìn)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—5—和類人特征，通用人工智能突破性的進(jìn)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(dá)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行分類。圖3GB/T39405-2020根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的機器人分類—6—自2021年6月1日起，我國實施了國家標(biāo)準(zhǔn)《機器人分類》（GB/T39405-2020），該標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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—7—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。由于本白皮書立足于國內(nèi)智能機器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，故采用國家標(biāo)準(zhǔn)中對機器人的定義和標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)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(yuǎn)景目標(biāo)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—8—互等8個研究領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展目標(biāo)。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(jìn)硬件以促進(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》、《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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)—9—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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)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?！?0—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—11—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(jìn)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(jìn)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(biāo)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(yán)格的規(guī)范，因此工業(yè)場景通常被認(rèn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)步?！?2—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(yuǎn)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(hù)。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、—14—導(dǎo)覽、康復(fù)、護(hù)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(rèn)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(biāo)。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(fù)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(zhǔn)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(zhǔn)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)—15—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(yuǎn)程進(jìn)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(biāo)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—16—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(zhǔn)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(jìn)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(zhǔn)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(hù)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—17—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(jìn)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(dá)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—18—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(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)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—19—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(rèn)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(rèn)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(jìn)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。—20—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(jìn)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(lán)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?！?1—(二)核心技術(shù)分析1.傳感層傳感層是負(fù)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(jìn)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(dá)、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(zhǔn)確性，實現(xiàn)機器人全息感知。例如robotflesh具有先進(jìn)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。可以用于創(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—22—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(yuǎn)程物體定位和多模態(tài)認(rèn)知能力。高性能的緊湊型執(zhí)行器進(jìn)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(jìn)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(yuǎn)程交互和數(shù)字孿生系統(tǒng)的參數(shù)同步，新興—23—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(jìn)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DeepTrekker，其Bridge技術(shù)可提供幾乎零延遲的水下無線通信。沃達(dá)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(hù)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RoboMasterTT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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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)—24—之間，提供標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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KriaKR260，支持本機ROS2，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(jìn)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(xì)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(jìn)行了重—25—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(jìn)行自主決策，并與人類和其他機器進(jìn)行交互，完成復(fù)雜任務(wù)需求。通用人工智能作為遠(yuǎn)景目標(biāo)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(rèn)知智能。生成式

AI輔助精準(zhǔn)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(zhǔn)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—26—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(zhǔn)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)?；跀?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(jìn)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(zhǔn)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IRB365通過使—27—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(dá)發(fā)布IsaacSim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(jìn)行全面訓(xùn)練?；跀?shù)字孿生實現(xiàn)機器人全生命周期精準(zhǔn)映射與高效管理?；诟弑Ｕ婺Ｐ秃蛯崟r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(jìn)行高精度數(shù)字化映射，實現(xiàn)全生命周期精準(zhǔn)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(hù)效率等。8.交互層交互層負(fù)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)。—28—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(biāo)選擇正確率達(dá)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(jìn)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(jìn)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(fù)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(dá)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?！?9—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ModelS使用了18650電芯，其能源管理系統(tǒng)采用主從架構(gòu)，分別負(fù)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(jìn)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(jìn)。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—30—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?；谏疃葘W(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(dá)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RoboticsX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。基于智能協(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(tuán)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(jìn)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(jìn)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—31—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?；贏IGC大規(guī)模虛擬仿真和真實數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)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IRB365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(hù)效率等。英偉達(dá)、PTC和達(dá)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—32—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(jìn)一步拓展智能機器人的應(yīng)用領(lǐng)域，催生開放性、標(biāo)準(zhǔn)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(dá)，軟銀，優(yōu)傲等均推出機器人開放式開發(fā)平臺。達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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KriaKR260，支持本機ROS2，便于機器人專家和軟件開發(fā)人員進(jìn)行開發(fā)。據(jù)ROS統(tǒng)計，其在線庫中已經(jīng)有超—33—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(rèn)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USTCFLICAR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，—34—圖

10智能機器人全球市場規(guī)模（資料來源：IFR，中國信通院、電子學(xué)會）從應(yīng)用領(lǐng)域來看，工業(yè)機器人、服務(wù)機器人和特種機器人市場規(guī)模均呈現(xiàn)出增長的態(tài)勢。其中，服務(wù)機器人則在醫(yī)療、養(yǎng)老、教育等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，需求不斷擴大，市場占比最高。在2019年服務(wù)和特種機器人占比在首次超過工業(yè)機器人，到2024年服務(wù)與特種機器人占比將達(dá)到65%。2.智能機器人產(chǎn)業(yè)體系機器人產(chǎn)業(yè)體系是一個涵蓋上中下游的完整產(chǎn)業(yè)鏈，包括核心零部件、軟件開發(fā)、本體制造、系統(tǒng)集成等多個環(huán)節(jié)。產(chǎn)業(yè)鏈上游包括核心零部件制造商和應(yīng)用軟件提供商。產(chǎn)業(yè)鏈中游為本體制造商，這一環(huán)節(jié)的企業(yè)主要負(fù)責(zé)機器人的研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)。產(chǎn)業(yè)鏈下游是系統(tǒng)集成商，主要負(fù)責(zé)根據(jù)客戶需求，將本體制造商生產(chǎn)的機器人與各類設(shè)備進(jìn)行集成，形成完整的自動化生產(chǎn)線或解決方案。隨著技術(shù)—36—圖

12智能機器人產(chǎn)業(yè)圖譜(二)智能機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢1.產(chǎn)業(yè)重點環(huán)節(jié)分析智能技術(shù)：人工智能、大數(shù)據(jù)、自然語言處理等技術(shù)為機器人賦予了更強大的感知、決策和學(xué)習(xí)能力，使其在復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)更高程度的自主作業(yè)。隨著智能技術(shù)的應(yīng)用和普及程度越來越高，通用性的智能技術(shù)解決方案成為了產(chǎn)業(yè)的基石。部分企業(yè)以以智能技術(shù)為核心打造通用的功能模塊，被廣泛應(yīng)用在了智能機器人產(chǎn)品中。平臺：平臺涵蓋了機器人開發(fā)設(shè)計、訓(xùn)練、部署、運營管理和優(yōu)化等全生命周期環(huán)節(jié)，并提供了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用接口，匯集了機器人運行過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，重要程度日益凸顯。因此覆蓋智能機器人全生命周期的平臺成為了布局的熱點環(huán)節(jié)，芯片提供商、機器人行業(yè)—38—企業(yè)、軟件開發(fā)商等多類主體紛紛參與，將其作為增強行業(yè)掌控力的重要抓手。芯片提供商，如英偉達(dá)、英特爾等公司為拓展自家產(chǎn)品應(yīng)用范圍，試圖以“芯片+平臺”的組合新興占據(jù)產(chǎn)業(yè)核心環(huán)節(jié)；機器人行業(yè)企業(yè)如ABB、Fanuc等，持續(xù)深耕優(yōu)勢領(lǐng)域，打造面向工廠的解決方案，以尋找新的價值增長點；軟件開發(fā)商如BrainCrop、Picknik等圍繞平臺打造提供通用解決方案，在細(xì)分領(lǐng)域形成競爭力。新興服務(wù)：圍繞機器人的服務(wù)成為新價值增長點。智能機器人用戶企業(yè)希望以低成本創(chuàng)造高價值，機器人即服務(wù)迎合了市場的需求。用戶企業(yè)按需使用，根據(jù)使用時長和內(nèi)容付費，可降低部署成本。智能機器人提供商可根據(jù)用戶需求針對性運營，提升靈活性，最大化利用產(chǎn)品價值。機器人即服務(wù)逐漸變革傳統(tǒng)以出售為主的商業(yè)模式。目前機器人即服務(wù)市場CAGR達(dá)到17%，成為全新的價值點，其中37%集中在亞洲太平洋地區(qū)，以達(dá)芬奇機器人為例，其RAAS模式營收占比達(dá)到16%，企業(yè)朝著服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型。此外，由于智能機器人整合了大量智能技術(shù)，產(chǎn)品創(chuàng)新門檻和落地應(yīng)用難度提升，企業(yè)對技術(shù)支持和服務(wù)的需求增加，因此面向機器人企業(yè)的服務(wù)逐漸興起。如亞馬遜發(fā)布有助于訓(xùn)練機器人揀選和放置功能的ARMBENCH數(shù)據(jù)集，以提供技術(shù)和數(shù)據(jù)支持作為盈利點，實現(xiàn)合作共贏。2.產(chǎn)業(yè)競爭格局變遷隨著新主體的紛紛加入，智能機器人產(chǎn)業(yè)競爭格局發(fā)生了顯著變化，形成了各具特色的發(fā)展路徑?！?9—智能機器人整機廠商在行業(yè)深耕多年，積累了豐富行業(yè)渠道和整機集成技術(shù)，企業(yè)憑借這些優(yōu)勢，通過投資、收購、合作等方式，開始布局智能技術(shù)和平臺系統(tǒng)領(lǐng)域，持續(xù)為產(chǎn)品疊加智能化功能，打造覆蓋更全面的產(chǎn)品體系，試圖提升產(chǎn)業(yè)鏈掌控能力。如安川機器人與RapidRobotics合作，擴展了工業(yè)機械臂解決方案，提高了機械臂的有效載荷、速度和范圍；ABB推出OptiFact模塊化軟件平臺，節(jié)省高達(dá)25%的數(shù)據(jù)收集分析時間。值得注意的是國內(nèi)外廠商均在整機及關(guān)鍵零部件進(jìn)行布局，但國外企業(yè)在操作系統(tǒng)、開發(fā)平臺等領(lǐng)域布局領(lǐng)先一籌。智能技術(shù)企業(yè)憑借在信息通信等領(lǐng)域積累的先進(jìn)技術(shù)和解決方案，以智能技術(shù)和軟件工具為切入點，提升機器人人機交互、自主決策與簡易部署等能力，開辟行業(yè)競爭新賽道，為自身產(chǎn)品尋找新應(yīng)用市場。如英偉達(dá)發(fā)布了最新版本的IsaacSim平臺，用于開發(fā)和測試人工智能機器人；?？低暟l(fā)布了一系列機器人工業(yè)智能相機，內(nèi)嵌基于深度學(xué)習(xí)的視覺工具。目前國際領(lǐng)先企業(yè)引領(lǐng)科技變革方向，打造操作系統(tǒng)、大模型等基礎(chǔ)設(shè)施，國內(nèi)企業(yè)尚處于初步發(fā)展階段。智能機器人行業(yè)出現(xiàn)了一批初創(chuàng)企業(yè)，這些企業(yè)瞄準(zhǔn)細(xì)分領(lǐng)域市場需求，以智能技術(shù)為核心形成解決方案，并在門檻較低的領(lǐng)域打造整機產(chǎn)品，逐步拓展市場。如Covariant公司采用模仿學(xué)習(xí)、元學(xué)習(xí)等算法加深機器人對世界的理解，以倉儲和物流領(lǐng)域作為應(yīng)用切入場景打造解決方案；金矢機器人推出了可為病人提供全方位安全—40—保護(hù)的iReGo下肢智能康復(fù)機器人等。智能機器人初創(chuàng)企業(yè)無論國內(nèi)外均十分重視軟硬結(jié)合，強調(diào)軟件、系統(tǒng)對智能硬件的控制與作業(yè)提升。3.產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展趨勢隨著越來越多主體參與到智能機器人產(chǎn)業(yè)中，產(chǎn)業(yè)生態(tài)由封閉體系走向開放化，多方主體協(xié)同發(fā)展。一方面，智能化技術(shù)快速發(fā)展迫使產(chǎn)業(yè)主體尋求多方合作，進(jìn)而推動產(chǎn)業(yè)開放化、協(xié)作化。產(chǎn)業(yè)主體通過技術(shù)應(yīng)用轉(zhuǎn)化、合作營銷、供應(yīng)鏈協(xié)同等方式，加快技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新，提升企業(yè)競爭力。如韓國機器人產(chǎn)業(yè)協(xié)會主導(dǎo)的自動駕駛機器人聯(lián)盟成立，LG電子等18家公司參與，將加快智能自動駕駛機器人的商業(yè)化；電子商務(wù)機器人技術(shù)提供商OSARO推出合作伙伴聯(lián)盟計劃，為供應(yīng)商、集成商、分銷商、經(jīng)銷商、第三方物流公司和顧問提供提供統(tǒng)一的解決方案。另一方面，開放化產(chǎn)業(yè)生態(tài)加劇企業(yè)間競爭，對初創(chuàng)公司的孵化和扶持吸引關(guān)注。行業(yè)門檻提高，部分產(chǎn)業(yè)主體幫助更多企業(yè)進(jìn)入機器人賽道，進(jìn)一步推動產(chǎn)業(yè)開放化。如MassRobotics聯(lián)合FESTO、三菱電機、Novanta和MITRE等公司成立了醫(yī)療機器人創(chuàng)業(yè)公司孵化計劃，向醫(yī)療機器人創(chuàng)業(yè)公司提供導(dǎo)師、大公司的資源，及潛在客戶、投資者、供應(yīng)商、營銷等指導(dǎo)和支持，2022年報名參與者人數(shù)比2021年增加近一倍，最終7家公司成功入選。(三)我國智能機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢—41—隨著我國工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不斷深入，教育、醫(yī)療、安防等領(lǐng)域需求擴增，我國智能機器人市場蓬勃發(fā)展，預(yù)計2024年將達(dá)到251億美元，CAGR達(dá)到20%，如圖13。工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、特種機器人占全球比例將達(dá)到50%、35%、24%。圖

13我國智能機器人市場規(guī)模（資料來源：IFR，中國信通院、電子學(xué)會）根據(jù)《中國機器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》，我國智能機器人優(yōu)質(zhì)企業(yè)重點分布在京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)，在產(chǎn)業(yè)鏈上中下游均有分布，京津冀地區(qū)科研實力強，長三角地區(qū)電子信息和制造業(yè)基礎(chǔ)較好，發(fā)展起步早，珠三角地區(qū)控制、伺服系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)先，金融環(huán)境靈活。整體來看，我國龐大市場需求培育一批機器人整機制造和系統(tǒng)—42—集成國產(chǎn)廠商，各行業(yè)國產(chǎn)化比例不斷提升，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)，科沃斯、小米、石頭、云鯨和美的等企業(yè)的產(chǎn)品占據(jù)了70%以上的市場份額；在工業(yè)機器人領(lǐng)域，仍以國外為主。各行業(yè)的整機產(chǎn)品存在明顯的替代差異性。目前我國智能機器人產(chǎn)品高端化依然不足，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，部分企業(yè)正向高端發(fā)起沖擊，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%。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)品供給缺乏等仍是我國智能機器人產(chǎn)業(yè)面臨的問題。隨著產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的裂變升級，新興領(lǐng)域企業(yè)涌現(xiàn)，資本持續(xù)押注。我國企業(yè)產(chǎn)品憑借優(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(dá)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。但是目前，我國智能機器人行業(yè)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，ABB一家企業(yè)市值超過國內(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—43—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，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)，僅有少部分銷往歐洲、美洲等。(四)重點企業(yè)案例1.國外典型企業(yè)-英特爾英特爾是全球頂尖的芯片制造商之一，在軟件、芯片和平臺等領(lǐng)域開展了多元化的布局。基于芯片領(lǐng)域的優(yōu)勢，英特爾打造集成了硬件、邊緣平臺、性能優(yōu)化和技術(shù)預(yù)演的機器人矩陣。硬件方面，提供了Realsense深度攝像頭、FPGA和英特爾具備傳統(tǒng)優(yōu)勢的CPU、視覺處理器等，并提出了硬件參考設(shè)計——工業(yè)邊緣節(jié)點參考架構(gòu)。邊緣平臺方面，形成了工業(yè)邊緣控制平臺、工業(yè)邊緣洞見平臺、AMR開發(fā)平臺和機器人“云-邊-端”一體化等平臺軟件。性能優(yōu)化方面，英特爾提供了包括深度學(xué)習(xí)優(yōu)化及異構(gòu)部署OpenVINO、并行優(yōu)化、高性能計算及異構(gòu)部署oneAPI、確定性實時優(yōu)化ECIRTPatch在內(nèi)的解決方案。在技術(shù)預(yù)演方面，英特爾的解決方案在移動機器人、視覺抓取等方面進(jìn)行應(yīng)用驗證?；赗OS2開源項目，英特爾提出了建圖和路徑規(guī)劃、機器視覺、智能操控等開放解決方案。2.國外典型企業(yè)-ABBABB是工業(yè)機器人“四大家族”之一，為機器人、設(shè)備和工廠自動化提供集成解決方案，產(chǎn)品涵蓋了鉸接式機器人、AMR、SCARA—44—機器人等多種類型，在汽車、電子、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。自2018年以來，ABB持續(xù)推行“本地對本地”的生產(chǎn)戰(zhàn)略，陸續(xù)在上海和美國密歇根建立了大型工廠。2023年9月13日，ABB宣布投資2.8億美元，在瑞典韋斯特羅斯新建一座最先進(jìn)的歐洲業(yè)務(wù)園區(qū)，為客戶提供人工智能協(xié)作機器人和工業(yè)機器人，并且支持柔性自動化的數(shù)字化解決方案。至此，ABB已累計為三個機器人工廠投資4.5億美元。產(chǎn)品方面，ABB持續(xù)完善、優(yōu)化機器人產(chǎn)品的同時，陸續(xù)在軟件、平臺和工廠解決方案等領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。2023年10月10日

，ABB機器人發(fā)布了新款OptiFact模塊化軟件平臺，平臺旨在簡化自動化生產(chǎn)設(shè)施中的數(shù)據(jù)收集、可視化和分析工作，使用戶得以輕松實現(xiàn)對包括ABB機器人在內(nèi)的數(shù)百臺工廠設(shè)備數(shù)據(jù)的收集、管理和分析，可幫助工廠運營將生產(chǎn)效率提升最多20%。3.國外典型組織-MassRoboticsMassRobotics是一家獨立的非營利組織，也是世界上最大的機器人創(chuàng)業(yè)中心，致力于為創(chuàng)新機器人和自動化初創(chuàng)公司提供開發(fā)、原型設(shè)計、測試和商業(yè)化其產(chǎn)品和解決方案所需的工作空間和資源，幫助其創(chuàng)建和擴展下一代成功的全球機器人和互聯(lián)設(shè)備公司。2018年，MassRobotics與機器人工業(yè)協(xié)會（RIA）達(dá)成戰(zhàn)略合作，推進(jìn)機器人組織的創(chuàng)新和技術(shù)。2022年10月，MassRobotics宣布與AMD合作，向機器人初創(chuàng)公司介紹和提供技術(shù)，確保初創(chuàng)公司能夠圍繞自動化、移動性、人工智能和機器視覺等相關(guān)應(yīng)用開發(fā)創(chuàng)新解決方案?！?5—2023年

，MassRobotic攜手費斯托、三菱等宣布推出第三期醫(yī)療機器人初創(chuàng)公司孵化計劃。第一期孵化計劃4家初創(chuàng)企業(yè)入選，第二期計劃7家初創(chuàng)企業(yè)入選，第三期報名已開啟。入選的初創(chuàng)企業(yè)將獲得設(shè)備、技術(shù)、測試資源等方面的支持，并獲得與導(dǎo)師、創(chuàng)新中心、行業(yè)企業(yè)等單位接觸機會。4.國內(nèi)典型企業(yè)-達(dá)闥為了提高云端智能架構(gòu)與系統(tǒng)的安全性，達(dá)闥構(gòu)建了機器人安全專網(wǎng)VBN(全稱：VirtualBackboneNetwork)，機器人本體通過物聯(lián)網(wǎng)或移動互聯(lián)網(wǎng)就近接入至VBN專網(wǎng)接入點，然后通過專網(wǎng)專有線路去訪問云端大腦，整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖14所示。達(dá)闥機器人安全專網(wǎng)疊加在運營商的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之上，基于運營商的專有線路而不是互聯(lián)網(wǎng)線路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。作為云-邊-端融合機器人系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它為機器人和云端大腦提供安全可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。圖14云-網(wǎng)-端融結(jié)合的智能機器人系統(tǒng)架構(gòu)5.國內(nèi)典型企業(yè)-埃斯頓埃斯頓是國產(chǎn)機器人企業(yè)“四小龍”之一，其工業(yè)機器人產(chǎn)品線在—46—公司自主核心部件的支撐下得到高速發(fā)展，產(chǎn)品已經(jīng)形成以六軸機器人為主，在新能源，焊接，金屬加工、3C電子、工程機械等細(xì)分行業(yè)擁有頭部客戶和較大市場份額。2021年埃斯頓全面進(jìn)軍工業(yè)智能化和數(shù)字化制造領(lǐng)域，借助掌控自動化設(shè)備數(shù)據(jù)入口優(yōu)勢的基礎(chǔ)，通過埃斯頓統(tǒng)一的云平臺及統(tǒng)一的OPCUA通訊協(xié)議，為客戶提供自動化設(shè)備遠(yuǎn)程接入平臺，以及各種數(shù)字化增值服務(wù)，包括設(shè)備數(shù)據(jù)采集和邊緣計算，運行狀況監(jiān)控，過程質(zhì)量監(jiān)控，生產(chǎn)效率提升，物料消耗控制等數(shù)字化管理服務(wù)。2023年9月，埃斯頓參加第23屆中國國際工業(yè)博覽會，展示多款全新UNO系列工業(yè)機器人及行業(yè)應(yīng)用解決方案，致力推動工業(yè)制造業(yè)向綠色低碳轉(zhuǎn)型升級。6.國內(nèi)典型企業(yè)-思嵐科技思嵐科技（SLAMTEC）成立于2013年，主要研發(fā)方向為機器人自主定位導(dǎo)航及核心傳感器等方面，主要產(chǎn)品包括360°掃描測距激光雷達(dá)RPLIDAR、模塊化自主定位導(dǎo)航系統(tǒng)SLAMWARE及通用型服務(wù)機器人平臺ZEUS等，目前思嵐科技已成為服務(wù)機器人自主定位導(dǎo)航解決方案的領(lǐng)航者。2022年，思嵐科技發(fā)布性能更強、體積更小、部署更輕的運動機器人平臺雅典娜Athena2.0，搭載了全新的SLAMCube2自主定位導(dǎo)航系統(tǒng)及激光視覺多重導(dǎo)航方案，能夠?qū)崿F(xiàn)自主上下電梯等多樓層之間的自主移動。平臺提供了標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)軟硬件接口支持用戶快速二次開發(fā)。除激光雷達(dá)、開發(fā)平臺等硬件，思嵐科技的還為用戶提—47—圖152017-2024世界/中國工業(yè)機器人銷售額及增長率（資料來源：IFR，中國信通院、電子學(xué)會）我國工業(yè)機器人市場規(guī)模保持增長態(tài)勢；預(yù)計到2024年，中國工業(yè)機器人市場規(guī)模將近一步擴大至115億美元，如圖15所示。相比于服務(wù)機器人和特種機器人，工業(yè)機器人在生產(chǎn)制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，任務(wù)特點包括精度要求高、連續(xù)工作、強度大、環(huán)境惡劣、重復(fù)性高等。因此，工業(yè)機器人在模塊化設(shè)計、自主能力和管理維護(hù)這三個方面有特別的需求。隨著各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程加快，智能工業(yè)機器人成為企業(yè)降本增效的重要工具，市場規(guī)模創(chuàng)下歷史新高。2.工業(yè)機器人技術(shù)趨勢為了進(jìn)一步提升工業(yè)機器人的性能、靈活性和效率，以適應(yīng)不斷變化和復(fù)雜的生產(chǎn)需求。工業(yè)機器人研發(fā)和生產(chǎn)團(tuán)隊圍繞著硬件模塊化配置、人工智能分析決策和數(shù)字孿生平臺全流程管控這三個重點功能進(jìn)行技術(shù)迭代。硬件模塊化配置是工業(yè)機器人研發(fā)和生產(chǎn)的重要方向。通過將機器人硬件設(shè)計成模塊化，可以使得機器人的組成和結(jié)構(gòu)更加靈活和可配置。此外，硬件模塊化配置還可以使得工業(yè)機器人的生產(chǎn)更加—49—敏捷和快速，可以根據(jù)市場需求進(jìn)行快速調(diào)整和擴展。人工智能技術(shù)可以使得機器人更好地識別和處理復(fù)雜的工作環(huán)境和工作任務(wù)，提高生產(chǎn)效率和準(zhǔn)確性。例如，機器人的視覺識別系統(tǒng)可以通過人工智能技術(shù)自動識別和抓取目標(biāo)物體，這極大地提高了生產(chǎn)線的自動化程度和生產(chǎn)效率。此外，人工智能技術(shù)還可以對機器人的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題并進(jìn)行預(yù)警和維護(hù)，提高機器人的可靠性和使用壽命。數(shù)字孿生技術(shù)可以模擬機器人的運行狀態(tài)和行為，有助于更好地管理和優(yōu)化機器人的性能。通過數(shù)字孿生技術(shù)，可以在虛擬環(huán)境中模擬機器人的行為和性能，預(yù)測潛在的問題并優(yōu)化機器人的設(shè)計和配置，從而提高生產(chǎn)效率和降低成本。此外，數(shù)字孿生平臺還可以對機器人的生產(chǎn)過程進(jìn)行全流程管控，從計劃、調(diào)度、執(zhí)行到監(jiān)測、預(yù)警、維護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行全面管理和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和降低成本。3.工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)趨勢全球工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)在近年來經(jīng)歷了一些整合和重組，出現(xiàn)了一些壟斷現(xiàn)象。整體上仍然有多家主要競爭對手在市場上展開競爭。隨著科技的不斷進(jìn)步，越來越多的ICT企業(yè)開始進(jìn)入該領(lǐng)域。這些企業(yè)擁有強大的技術(shù)實力和創(chuàng)新能力，能夠提供更加智能化、高效化的產(chǎn)品和服務(wù)。例如，高通和英偉達(dá)等ICT企業(yè)通過自主研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，在工業(yè)機器人領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。Funuc、Kuka、ABB、安川、松下、三菱、愛普生、那智不二越等均是工業(yè)機器人的主要企—50—業(yè)，市場占比如圖16所示。這些競爭對手在產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、市場拓展等方面都擁有強大的實力和優(yōu)勢。圖162