机器狗产业研究:技术成熟,性能优越,场景刚需,放量在即

360影视 2025-01-14 08:41 2

摘要:四足机器人一种运动能力极强的仿生机器人。四足机器人是一种仿生腿足式机器人, 设计思路是模仿动物(如狗、猫、马等)四肢结构和行走方式,通过高度复杂的机械结构 和精密的控制算法,同时配备多类型的传感器、驱动器、控制系统等,使其具备极强的环 境适应能力,能够在多种复

1.1 灵活性稳定性优势凸显,适用多种复杂环境

四足机器人一种运动能力极强的仿生机器人。四足机器人是一种仿生腿足式机器人, 设计思路是模仿动物(如狗、猫、马等)四肢结构和行走方式,通过高度复杂的机械结构 和精密的控制算法,同时配备多类型的传感器、驱动器、控制系统等,使其具备极强的环 境适应能力,能够在多种复杂地形中稳定行走和执行任务。

四足机器人具备稳定性、灵活性、承载能力、自助导航能力等多重优点,因此在各种 复杂环境中展现出强大的适应性。 1)稳定性:四足机器人的稳定性主要得益于其四足设计,这为机器人提供了一个宽 阔的支撑基础,使其能够在不平坦或不稳定的地面上保持平衡。机器狗需要在楼梯、碎石 地和斜坡等复杂地形上都能稳定行走,即使在受到外力推挤时也能迅速恢复平衡,这在建 筑工地监测或石油管道巡检等需要在不稳定地形上操作的场景中尤为重要。 2)灵活性:四足机器人的腿部具备独立运动能力,允许机器人以多种步态适应不同 的环境和任务需求。四足机器狗能够通过调整步长和步速,以适应不同的速度和方向变化, 甚至在必要时进行跳跃或爬行,这使得它能够在狭窄或障碍物众多的空间中灵活导航,如 在废墟搜索和救援任务中避开障碍物,或在复杂的室内环境中进行探索。 3)承载能力:承载能力是机器人具备功能性和实用性的关键要素之一。由于四足机 器人拥有坚固的框架和腿部结构,有四个支撑点均匀地分布负载,减少对单个腿部的压力, 它们能够根据负载的重量和形状调整步态和平衡,以确保在不同负载下都能稳定行走。4)续航能力:四足机器人的续航能力得益于高效的能源系统;此外,相比双足机构, 四足结构本身具备稳定性,不需要为了维持平衡产生额外的能量消耗。随着电池技术的进 步,四足机器人的续航能力已经大幅提升:宇树科技四足机器狗 B2 的综合运行续航 4-6 小时,空载持续行走>5h,续航里程>20km;20kg 负载持续行走>4h,续航里程>15km。 5)自主导航能力:四足机器人的自主导航能力是通过集成多种传感器,如激光雷达、 摄像头和红外传感器来实现的。这些传感器共同工作使得机器人能够实时感知周围环境、 识别障碍物,并规划出最优路径。同时,它可以用 SLAM 技术进行自我定位和环境地图构 建,以及运用机器学习和人工智能算法从经验中学习,不断优化导航策略,在没有人类干 预的情况下规划路径和避障,减少了对人工操作的依赖。

1.2 从实验室到商业化应用,技术路线逐渐收敛

从学术研究到商业化应用,四足机器人已有超过 60 年的发展历程。复盘行业发展历 程,主要可以划分为三个阶段: 1) 理论研究和原型机阶段(1960s-2000s):20 世纪 60 年代,McGhee 研制了 世界上第一台四足机器人——“PhonyPony”。20 世纪 80 年代,MIT LegLab 开展了腿足动态运动控制研究,为后续波士顿动力公司的四足机器人开发奠 定了基础。 2) 技术研究和进步阶段(2000s-2015 年):2005 年,美国波士顿动力公司推出 的 BigDog 是四足机器人发展的一个重要里程碑,采用伺服液压缸作为其腿部的 驱动器,为负重型四足机器人的研制提供了新思路。随后,2012 年,波士顿动 力公司推出了 LS3,进一步改进了身体结构设计,实现了更大的负载能力。2012 年 MIT 研制了全电机驱动的四足机器人 Cheetah,该机器人通过力矩电机的反驱 作用,实现对地面碰撞能量的回收,具有极高的能量利用率。 国内起步较晚,对海外进行快速追赶。2010 年,中国国家 863 计划启动“高性 能四足仿生机器人”项目,山东大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学和上海交通大学等多所大学展开了液压驱动的四足机器人研究工作。浙江大学自 2011 年 开始研究单腿机器人的动态平衡控制与高能效问题。 3) 应用尝试与技术突破阶段(2015 年之后):2016 年,苏黎世联邦理工学院推出 新一代四足机器人 ANYmal,该机器人被设计用于恶劣环境的自主作业,能够自 主规划导航路径并且合理选取落脚点,已被应用于油气站的工业检测。2020 年, 波士顿动力正式销售 Spot 四足机器人(2015 年发布),用于商业和工业领域。 国内在商业化应用阶段实现了对海外的追赶和超越。目前已有规模化应用的典型 代表宇树科技、云深处科技分别成立于 2016 年、2017 年,其中宇树科技分别于 2022 年 6 月、2023 年 12 月推出工业级机器狗 B1 和 B2;云深处分别于 2019 年 12 月、2021 年 6 月、2023 年 10 月推出针对行业应用的四足机器人绝影 X10、X20、X30。2022 年之后,小米、腾讯、小鹏等跨界企业亦开始推出四足 机器人产品。

根据腿部驱动方式,机器狗可分为液压驱动、电机驱动、气动驱动和电液复合驱动机 器狗。其中:1)液压驱动具有很高的功率/密度比、高带宽、快速响应等特性,使用液压 系统来驱动其关节,这种驱动方式可以提供较大的力和扭矩,适合执行重载和高动态性能 的任务;但液压驱动具有能耗大、效率低、噪音大等缺点。 2)电机驱动主要依靠电动马达来驱动关节,具有响应速度快、控制精度高、能耗相 对较低、工作噪声小等优点;但具有承载能力差、功率密度小等缺点。 3)气动驱动使用气体压力来驱动关节,这种驱动方式结构轻盈,具有制造成本低、 设计轻、灵活性好、环保等优点;同时也面临着控制精度低的挑战,难以实现高精度控制 和低能耗,实际应用场景较少。 4)电液复合驱动结合了电机驱动和液压驱动的优势,在四足机器人领域,这种驱动 方式特别适用于需要高功率输出、快速响应以及强大动态性能的场景。在面对极端温度、 尘埃和潮湿等恶劣环境时表现出更好的耐受性,适合军事、野外救援等应用场景;缺点在 于成本更高,维护复杂,需要定期更换液压油和过滤器,增加了运行成本。 随着驱动和电机技术的日益成熟,电机驱动的机器狗成本快速降低,在大多数消费类 和工业场景都可以适用,因此目前电机驱动成为四足机器人的主流技术路线。

1.3 轮足是机器狗新形态,运动性能再度提升

轮足机器狗是一种结合了轮式和足式运动能力的机器人,它们在设计上融合了轮式机 器人的速度优势和足式机器人的越障能力。根据机器狗末端执行机构的方式不同,可以分 为轮足机器狗、腿足机器狗和履带足机器狗等。相比传统的四足机器狗,轮足机器狗加入 轮式设计后兼具速度与灵活性,同时保持了复杂环境适应能力的优势,为机器人应用场景 的拓展带来了更多可能性。 轮足机器狗的结构和控制简单,易于设计和操作,平坦的地面能灵活快速移动的优势: 1)设计理念上融合四足与轮式的双重优点,在提高复杂环境适应能力的同时,显著 提升了速度、灵活性、稳定性等移动特性。这大幅度提高了轮足机器狗在平坦地形下的移 动效率;2)复杂环境适应能力拓宽应用场景,野外、城市、工业环境等多种复杂环境中的适 用性显著增强; 3)运动表现再创新高。目前,国内机器人运控能力的进展在轮足机器狗中得到了充 分体现。以宇树科技 2023 年 12 月 23 日发布的 Unitree B2-W 为例,视频中的轮足机器 狗运控性能优异,完成了在陡峭山岩快速下坡、爬楼梯、蹚水、空翻等一系列高难度动作。 同时,Unitree B2-W 不仅能够完成载人移动,还可以从高处跳跃并保持姿态稳定,充分 展示了其在运输和工业作业中的应用潜力。

2.1 应用场景明确,四足优势显著

四足机器人相比轮式和履带式机器人,具有优异的越障能力,可以轻松穿越楼梯、碎 石、狭窄空间等复杂地形,因此在多个领域展现出广泛的应用潜力。四足机器人逐渐应用 于工业领域,如海上变电站、钻井平台、建筑工地、智慧工厂、应急消防等各种场景,其 商业化进程不断加速。 1)在军事和国防领域,可以执行侦察监视、探测排爆和物资运输任务,提高作战效 率和安全性,例如,机器人可以用于测试和评估,执行侦察监视任务,以及在潜在的危险 环境中进行探测排爆。 2)在搜索和救援行动中,四足机器人能够快速响应,穿越复杂地形,在灾害现场搜 索幸存者或在野外进行救援,中国的“赤兔”四足机器人在地震和其他灾害响应中,用于 进入废墟和狭窄空间,帮助救援人员评估结构稳定性和寻找幸存者。内蒙古模拟天然气管 道泄露爆炸,使用机器狗应用到侦测、抛投、灭火等领域,探索无人化作战模式,提升队 伍救援无人化、科技化水平。 3)工业场景中,四足机器人旨在执行重复性工作、搬运重物和检查设备安全等职责。 它们能够灵活地在工厂内部移动,到达轮式机器人难以到达的区域,从而提升生产效率和 安全水平。它们可以巡检石油天然气管道和电力设施,减少人力投入,法国的 Robosoft的 Cestus 机器人,用于核电站的常规检查,包括管道和容器的内部检查,减少辐射暴露 风险。在荆州市荆州区 220kV 纪南变电站,保障设备安全健康运行。机器狗替代了人工 巡视,减轻了人工巡视的劳动强度,也提高了巡检质效。 4)在物流和配送领域,四足机器人能够搬运货物或进行快递服务,提高运输效率。 农业中,它们可以用于农田巡逻、监测作物生长情况和喷药施肥等作业,提高农业生产效 率和质量,降低劳动成本。 5)家庭和个人使用方面,四足机器人则能够作为家庭助手或陪伴机器人,提供互动 和陪伴。随着技术的不断进步,四足机器人的应用场景将更加多样化,为人类社会带来更 多便利。

2.2 国防智能化趋势,机器人重要场景

军用机器人是一种替代或协助人类执行火力进攻、指挥控制、目标探测、环境侦察和 后勤保障等军事任务的自主式、半自主式或遥控式的电子机械装置。军用机器人通常由行 驶平台系统、定位导航系统、综合控制系统、任务载荷系统、人机交互系统等组成。机器 人狭义定义是指模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机器,在军用领域大多指代地面机 器人或无人车等;从广义上来看包括军用地面机器人、无人机、水下机器人、空间机器人 等。

军用机器人应用场景多元广泛。军事机器人以完成预定的战术或战略任务为目标,能 够自主或人机协同条件下完成战场侦察、监视、目标捕获与指示、通信中继、扫雷、输送 物资、直接攻击敌方目标、战场救护等多种战术任务。20 世纪 60 年代以来,军用机器人 日益受到各国军界的重视,其具备巨大的军事潜力,较高的作战效能,有望成为未来信息 化战场的基本智能单元。

发展国防军事机器人成为世界主要国家共识。全球军用机器人领域发展较快且布局较 早的国家为美、俄、法三国,战略规划较为清晰,且在国防军费领域中无人装备投入力度 较大。根据晶品特装招股说明书:美国列装的地面机器人包括 PackBot 系列、TALON 系 列等;美军共装备了超过 1.2 万台地面无人装备,能够遂行爆炸物处理、安全巡逻、辅助 作战和后勤保障等多样化军事任务,已列入研制计划的智能化装备超过 100 种,计划到 2030 年 60%的地面作战平台将实现智能化。俄罗斯通过《2025 年前研制未来战斗机器 人》等专项计划引领机器人装备发展,计划至 2025 年将无人作战系统在武器装备中的比 例提高到 30%以上,主要聚焦于侦察监视、指挥决策、火力打击、作战支援等多领域。

我国军用机器人的落地速度较快。2024 年 11 月 12 日,第十五届中国国际航空航天 博览会在珠海开幕,中国兵器装备集团自动化研究所有限公司自主研制的四足“机器狼” 首次进行动态展示,由单体作战升级到群体作战,“机器狼群”由综合指挥车、侦察探测 机器狼、精确打击机器狼、伴随保障机器狼等组成,任务场景更加灵活多样。

2.3 软硬件技术成熟,产业链配套完善

四足机器人的结构较为简单,经过了数十年的发展迭代,目前技术路线已经走向收敛, 基本的软硬件技术走向成熟,上游供应链逐渐完善,成本已经降低至具备经济性的水平。 总体来看,四足机器人技术主要包括结构设计、执行器、传感器和控制算法等方面。 1)结构设计:结构设计是四足机器人技术的基础,关系到机器人的行走稳定性和灵 活性。首先,四足机器人需要具备稳定性和承载能力,以应对不同的地形和环境;其次需 要具备敏捷性和机动性,以适应不同的操作需求。 四足机器人的结构设计主要包括腿部关节、身体结构和足部。1)腿部:腿部通常有 3 自由度,包括髋关节、膝关节和踝关节。电机一般布置在髋关节处,从而降低腿部惯量, 有利于实现机器人的步态规划、稳定性控制及腿部的快速响应。2)身体:身体结构需要 具备轻量化和高强度的特点,确保在负载情况下能保持良好的运动性能;同时需要考虑机 器人的动力学平衡,以降低能耗;3)足部:足部需要有抓地力和适应性,对材料、形状、 刚度进行设计。

2)执行器:执行器是实现四足机器人动作和运动的关键部件,需要具备灵活性、承 载力和耐久性。具体的技术要求包括:1)高动态响应能力:响应速度快,以实现精确的 运动;2)高扭矩密度和高带宽,更能够实现运动和动作,提高效率,灵活调整;3)轻量 化材料设计;4)一定的峰值扭矩和持续扭矩;5)耐用性,能够长时间循环使用而不出现 性能下降;6)温度控制等。

四足机器人的核心部件为执行器,执行器主要由驱动器、无框电机、行星减速器等部 件构成。参考论文《A Low Cost Modular Actuator for Dynamic Robots》中 MIT 猎豹 四足机器人 QDD 的组成结构,半直驱驱动器的组成部分包括:控制器(包括直流电源、 CAN 总线等)、无框力矩电机(转子、定子)、行星减速器(包括太阳轮、行星架、行 星轮、行星滚针轴承、输出引脚)、轴承和前后盖等。

3)控制算法:控制算法是四足机器人智能化的关键。四足机器人的算法主要包括运 动控制算法、视觉算法和交互算法。通过视觉算法,四足机器狗可以实现自主导航、动态 避障、目标跟踪等功能;运动控制算法可以确保机器狗在运动过程中的稳定性和精度;交 互算法使得四足机器狗能够听懂人类指令,完成指定任务。 四足机器人的开源算法较多,其中,MIT 将四足机器人 Cheetah 将控制代码、硬件 电路图、仿真平台等开源。其控制框架包括三个模块:①底层控制器:采用 PD 控制用于 控制各个关节调节关节误差量;②状态估测:用于估测四足位姿;③上层规划:由 MPC、 动力学模型和 WBIC 组成最终给出关节的位置,速度与力矩期望。MPC 用于优化得出未 来一个预测时间步长的支撑足最佳足底接触力,摆动足的位置和身体的位姿。WBIC 用于 协调多任务的执行,使得在运动过程中四足能够在稳定的前提下完成各个跟踪任务。

4)传感器:传感器是四足机器狗感知环境的窗口,包括视觉传感器、力矩传感器、 激光雷达、惯性传感器等,辅助机器人实现自主导航、动态避障、目标跟踪等功能。针对 不同场景和功能的四足机器人,不同传感器可以搭配融合使用,从而达到预期的效果。

算法层面的突破、人工智能的赋能、硬件的成熟和成本的逐渐下降,使得四足机器人 的下游应用持续拓展。智联汽车、工业机器人的长期发展,以及近期人形机器人产业端的 大力投入,带动了四足机器人上游零部件(电机、减速器、激光雷达、深度相机、传感器、 芯片、IMU、电池等)、中游本体制造和具身智能大模型,模拟仿真等软件技术的突破。 在这一过程中,偏向行业应用的四足机器人取得了长足发展。除了制造业,能源、电力、 石化、特殊行业等领域将广泛出现机器人的应用。

2.4 政策大力支持,“机器人+行业”大势所趋

近年来,中央及全国各地先后发布机器人产业的相关政策,规范、鼓励着行业快速成 长,大大提高了各行业对于机器人的接受程度。 1) 中央层面: 2021 年 12 月,工信部等 15 部门印发《“十四五”机器人产业发展规划》,提出了 “到 2025 年,我国成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地” 的目标。 2022 年 7 月,由科技部等六部门发布的《关于加快场景创新以人工智能高水平应用 促进经济高质量发展的指导意见》中强调,围绕高端高效智能经济培育打造重大场景:制 造领域优先探索工业大脑、机器人协助制造、机器视觉工业检测、设备互联管理等智能场 景;物流领域优先探索机器人分流分拣、物料搬运、智能立体仓储以及追溯终端等智能场 景。 2023 年 1 月,工信部等 17 部门印发《“机器人+”应用行动实施方案》,指出“到 2025 年,制造业机器人密度较 2020 年实现翻番,服务机器人、特种机器人行业应用深 度和广度显著提升,聚焦 10 大应用重点领域,突破 100 种以上机器人创新应用技术及解 决方案,推广 200 个以上具有较高技术水平、创新应用模式和显著应用成效的机器人典型 应用场景”。“机器人+”应用指向特定领域服务+机器人,专用机器人或将大量涌现。该方案提到的 10 大应用重点领域除了制造业以外,还包括农业、建筑、能源、医疗健康、 养老服务、教育、商业社区服务、安全应急和极限环境应用等。

2)地方层面:2023 年深圳、上海、北京率先出台机器人产业支持政策,2024 年河 南、江苏、湖南、重庆等各省市纷纷出台机器人产业政策,推动当地的机器人技术研发、 产品开发和应用落地等。 2024 年 10 月,《重庆市“机器人+”应用行动计划(2024—2027 年)》提出,依 托机器人企业和研发平台,面向用户需求和机器人应用重点领域,重点开发重载智能工业 机器人、工业复合机器人、农业机器人等中高端机器人整机产品;2024 年 9 月,《湖南 省人工智能产业发展三年行动计划(2024-2026 年)》中强调,以大模型等人工智能技 术突破为引领,加快推动智能机器人产业创新发展。2024 年 6 月,《广东省关于人工智 能赋能千行百业的若干措施》提出,推进智能机器人创新发展。加快机器脑、机器肢、机 器体、通用产品等产品研发生产,推动人形机器人等具身智能机器人研制和应用。 产业政策将从供给侧和需求侧对行业带来积极影响。供给侧,从事各类形态的智能机 器人技术研发和产品开发的企业得到支持;需求侧,各行各业将加大对机器人的接受程度, 尝试进行机器人应用探索。这对机器人产品的推广应用和升级迭代有关键作用。

3.1 玩家持续增加,市场规模快速扩容

当前,全球四足机器人行业正处于商业化早期阶段到放量阶段的拐点。近年来,人工 智能赋能后四足机器人的市场前景更加广阔。在政策和资本的支持之下,全球范围内布局 四足机器人市场的企业和机构数量持续增加,市场规模快速增长。 目前全球范围内对外销售的四足机器人厂商主要包括波士顿动力、ANYbotics、宇树 科技、小米、云深处科技、蔚蓝智能、联想晨星、哈崎机器人、德鲁动力、优宝特、七腾 机器人等。 根据不同的应用场景,四足机器人可分为行业级四足机器人和消费级四足机器人。1) 行业级场景的四足机器人更注重功能性、稳定性和专业性,要求在复杂和严苛的环境中稳 定工作,通常具备更强的负载能力、更长的续航时间、高度的环境适应性和精确的定位导航能力,还可以集成专业的检测仪器或工具,如热成像相机、气体检测传感器等,成本更 高;2)消费级机器人在耐用性和复杂环境适应性方面要求较低,侧重于用户体验、亲和 力和娱乐性,成本较低。两者在设计和功能上各有侧重,服务于不同的市场需求。

2023 年全球四足机器人市场主要由内资厂商主导,宇树科技、波士顿动力和云深处 科技在行业内的营收占比分别是 40.65%、12.67%和 11.11%。宇树科技以较大领先优 势位居规模份额第一,在技术创新、成本控制和本土市场适应性方面表现出色;波士顿动 力以其先进的技术实力和行业解决方案著称,产品主要面向工业、军事、救援等专业领域, 强调高性能、高稳定性和强大的作业能力;云深处科技在行业应用方面具备优势;蔚蓝智 能聚焦消费级市场;瑞士 ANYbotics 推出防爆四足机器人后,取得石油、天然气和化工 行业的订单。

高工机器人(GGII)统计的数据显示,2023 年全球四足机器人销量约 3.40 万台,同 比增长 76.86%。2023 年全球四足机器人市场规模 10.74 亿元,同比增长 42.95%。目前 消费级四足机器人占据出货量的多数比例,用于娱乐、科研教育等领域。GGII 预计,到 2030 年全球四足机器人销量有望超 56 万台,2024-2030 年销量复合增长率超过 45%。 到 2030 年全球四足机器人市场规模有望超过 80 亿元,2024-2030 年市场规模复合增长 率超过 30%。

我们认为,行业级机器人的市场空间广阔,四足机器人未来潜在需求空间超过 5000 亿。根据我们的测算,如果仅考虑当前四足机器人的主要应用场景,包括电力巡检、应急 救援、国防军用和石油化工的需求量,四足机器人的潜在需求数量为 95.6 万台,假设单 价为 50/60 万/台,潜在的市场规模为 5172 亿元。未来随着四足机器人的应用场景进一 步拓宽,潜在市场空间将持续增长。

3.2 全球代表性企业分析

3.2.1 宇树科技:全球四足机器人头部玩家,同时布局四足与人形

杭州宇树科技有限公司成立于 2016 年 8 月,是国内高性能四足机器人领域的头部企 业,有四足机器人和通用人形机器人两大系列产品。公司重视自主研发和科技创新,全自 研电机、减速器、控制器、激光雷达等机器人关键核心零部件和高性能感知及运动控制算 法,在足式机器人领域达到全球技术领先。根据高工机器人(GGII)数据,2023 年宇树科技 占据全球四足机器人 69.75%的销量份额和 40.65%的销售额份额,位于行业首位。 四足机器人是宇树科技创立之初发力的业务方向,目前已经有 Aliengo、Go1、Go2、 B1、B2 等多个产品。2017 年宇树科技推出 Laikago 四足机器人,该机器人被国内外很 多研究团队作为二次开发的实验平台;2019 年推出了 Laikago 的改进款 Aliengo, AlienGo 是当时世界上最大尺寸和重量能实现后空翻的机器人;2020 年推出了体积更小、 售价更低的小型四足机器人 A1;2021 年推出了首款伴随型四足机器人 Go1,首次尝试面 向大众消费市场,一年内累计出货近千台;2022 年推出了行业级四足机器人 B1,主要应 用场景包括安防巡检、勘测探索、公共救援、警用排爆侦测等;2023 年相继推出消费级 四足机器人 Go2(AIR、PRO、EDU 三个版本)和工业级四足机器人 B2。

基于公司在四足机器人积累的机械结构和控制算法,宇树科技的人形机器人产品快速 发展迭代。2023 年 2 月公司的人形机器人项目开始立项,6 个月内开发出第一款人形机 器人 H1,并迅速在高校销售;2024 年 5 月,正式发布人形机器人 G1,身高约 127 厘米, 体重约 35 公斤,零售价 9.9 万元起。

宇树科技在售的轮足机器人有 Unitree Go2-W、Unitree B2-W,分别定位于消费级 /科研、行业级。2024 年 12 月 23 日,宇树发布了轮足机器狗的最新视频,视频展示了 机器狗 Unitree B2-W 侧空翻、托马斯全旋、在陡峭的山岩以较快的速度下坡、流水石阶 中穿行、高楼顶飞跃、载人运行等,四足变成轮足,在速度、平衡性、负载能力方面均有 非常惊艳的表现,体现了非常强的运控能力。 Unitree B2-W 的定位是行业级机器狗产品。产品软硬件组合先进,运控、续航能力 领先行业。产品搭载 32 线车规级激光雷达、深度相机、高分辨率光学相机、高功率轮电 机、M107 高性能关节模组、45Ah 超大容量电池等高端硬件,叠加宇树科技软件算法, 使得 Unitree B2-W 一跃成为行业先锋产品。 Unitree Go2-W 的定位是消费级/科研机器狗产品。产品搭载轮毂电机、7 寸充气胎, 载荷约 3kg,拥有 16 个铝合金精密关节电机,最大关节扭矩约 45N.m,最大续航可达 3h,产品性能强悍。此外,产品支持多种外接设备,如高算力模组、导航雷达、双光雷达 等,进一步拓宽了应用场景。

3.2.2 云深处科技:深耕四足领域,聚焦行业应用

杭州云深处科技有限公司(DeepRobotics)成立于 2017 年,是一家致力于智能四 足机器人产品研发的创新型科技公司。公司的四足机器人产品将为复杂、恶劣和危险环境 下的全方位智能灵巧移动和智能操作提供平台和解决方案。公司核心技术人员主要有浙江 大学、哈尔滨工业大学、台湾大学、浙江工业大学、以及德国慕尼黑工业大学和多特蒙德 工业大学等国内外知名高校的博士和硕士,在智能机器人领域具有较强的竞争力。 公司四足机器人产品持续迭代,覆盖消费级和行业级两个层面。2019 年底,公司推 出首款针对行业应用的四足机器人“绝影 X10”,在与南方电网数字电网研究院的合作中, 首次在国内实现了机器狗全场景覆盖变电站;2021 年 6 月,推出新增防水防尘功能的绝 影 X20,绝影 X20 拥有 IP66 的防护等级,工作台可搭载双光云台、机械臂、调试架、 4G/5G 模块、北斗/GPS/RTK 模块等,环境感知方面可实现自动的目标检测与识别,搭配 深度相机、激光雷达和智能算法,可实现精准导航、动态避障和人机交互等功能;2023 年相继推出面向行业应用的绝影 X30 和面向消费、教育科研行业的绝影 Lite3 系列。

云深处科技进入商用落地和产业加速的新阶段。其产品覆盖全国 26 个省份,服务于 100 余家行业级客户,业务遍布广州、北京、上海等地。深处科技的“绝影”系列机器人 曾参与新加坡国家电网项目,实战参演应急使命抗震救灾、燃爆侦察等实战演习。在电站、冶金、矿山、建筑、救援、工厂、管廊巡检以及应急救援、消防侦查、未来科研等多种复 杂环境中,均实现了商业化应用的成功落地;同时,公司与国家电网、南方电网、宝钢股 份、福禄克等行业领军企业建立了长期稳定的深度合作关系。

2024 年 11 月 19 日,云深处科技发布全地形越野轮足机器狗山猫。产品整机重 30kg,最大负载达 12kg,运动速度可达 5m/s,续航时间长达 3h,续航里程为 15km。 山猫能够攀爬 22 厘米台阶、80cm 高台以及 45°的斜坡。此外,山猫还具备 IP54 防护等 级,支持双电快拆、热插拔换电,配备高性能图传。山猫全地形越野机器人已用于新加坡 电网的电力隧道巡检,提高了检查效率和安全性。

3.2.3 七腾机器人:专注应急安全领域的特种机器人

七腾机器人成立于 2010 年,深耕特种机器人领域,目前已成为领先的应急安全领域 的机器人公司。创立之初,公司以软件定制开发为主要业务;2011 年转型做行业信息化 和智能化系统整体解决方案;2017 年之后,公司战略定位向智能装备方向转变,开始探 索智能机器人,陆续推出消防、电力、石化、防爆机器人,用于各类高温高压、有毒有害、 易燃易爆、危险物生产、仓储等环境。市场端,公司客户已覆盖中石油、中海油、中化集 团、巴斯夫等海内外知名企业,推广至欧洲、非洲、东南亚、西北亚等海外市场。 目前,公司的产品包含防爆化工轮式巡检机器人、防爆化工四足机器人、防爆化工挂 轨巡检机器人等。

七腾机器人的防爆四足机器人,是国内少有的能够量产且取得防爆证书的机器人产品。 这款四足机器人具备本安、正压、隔爆、浇封复合防爆设计,专门面向易燃易爆、有毒有 害、高温高压的石油、天然气、化工等环境,获得了 IIB T Gb 防爆等级认证,。该防爆四 足新品搭载自研高性能电静液驱动关节,整备质量达 149kg,持续工作长达 3 小时,具备 IP67 防尘防水能力,工作温度-35℃-65℃,额定负载能力为 100kg,能够携带或挂载多 种设备,实现多样化巡检、运输及操作服务。

3.2.4 波士顿动力:定位高可靠、特种领域

波士顿动力公司专注于开发高度复杂的机器人,包括人形机器人和四足机器人等,广 泛应用于工业、军事和服务业等多个领域。波士顿动力公司由马克·雷伯特(MarcRaibert) 于 1992 年在美国麻省理工学院创立,最初是为美国陆军提供机器人研究制造的企业。波 士顿动力的机器人技术在动态稳定性和移动性方面处于业界领先地位,公司在高端行业级应用领域保持着领先地位,尤其是在技术先进性、产品可靠性和国际市场渠道方面具有显 著优势。 2005 年,公司推出了四足机器人 BigDog,该机器人能够在崎岖地形中携带重物; 2007 年,推出 RHEX,进一步优化了在复杂地形中的移动能力;2009 年推出小型四足机 器人 LittleDog,该机器人具备出色的机动性和灵活性;2010 年推出了 BigDog 的升级版 -LS3(Legged Squad Support System),能够更好地处理崎岖地形并携带更重的负载。 2011 年发布了 WildCat,这是一种四足机器人,以其高速移动能力而著称;同年还推出 了人形机器人 Petman,专为测试化学防护服而设计;2012 年相继推出小型跳跃机器人 SANDFLEA 和善于奔跑的机器人 Cheetah;2013 年,Atlas 机器人首次亮相,这是一种 人形机器人,能够在复杂环境中执行任务;2015 年推出了四足机器人 SPOT,标志着波 士顿动力公司在商业化道路上的重要一步;2017 年先后推出了结合了轮式和腿式移动的 机器人 Handle 机器人,以及小型四足机器人 Spot Mini。 2019 年,波士顿动力开始将 Spot 机器人商业化,向企业和政府机构提供租赁服务。 目前,Spot 主要用于执行工业设施检查等任务:由于机器人在不平坦表面上具备灵活性 和移动性,能够在设施周围进行定期巡逻;同时,Spot 能够装备传感器载荷,检测泄漏, 主动检查设备健康状况,并在超过阈值时记录结果或发出警报。

4.1 核心零部件

一、电机相关上市公司包括:

1)卧龙电驱:全球主要的电机与驱动专业制造商,研发实力强劲。 公司成立 40 年时间,始终聚焦于电机领域,形成了丰富的产品谱系,具备了深厚的 技术积累和前沿技术研究基础,有很强的横向延展能力,从成熟的工业、日用、电动交通 应用,延伸至面向未来的具身智能机器人、低空经济。 根据公司公告及互动问答,公司深耕伺服产品多年,目前系列伺服驱动产品已广泛应 用于工业机器人、AGV、数控机床、工业自动化等领域。面向仿生机器人领域,公司开发 了高爆发关节模组、伺服驱动器、无框力矩电机等关键部件产品。根据互动问答,公司已 与多家仿生机器人下游客户开展联合研发,送样测试等工作,部分客户已形成小批量订单。 公司在工业领域的行业及客户覆盖度广,具备丰富的客户资源,而这些客户也是目前 四足机器狗的主要目标场景,公司可以借助这一渠道,帮助机器人进行推广和销售。 其中,公司的低压电机广泛应用于水泵、风机、压缩机等设备中,覆盖工程建筑、矿山、 石油、化工、冶金、煤炭、医药、食品、电力、天然气等下游行业;高压电机覆盖了采矿、 冶金、石油天然气、石化及可再生能源等领域,为重工业应用提供可靠的动力源。公司在 全球高压电机和低压电机领域占据较高市占率,根据 Omdia 数据,2022 年公司在低压电 机和高压电机领域的市占率高达 7.5%和 11.5%,分别位居第四和第一。

根据公告,公司布局了仿生机器人巡检系统、高空应急递送系统和外骨骼助力系统等 解决方案,结合了运动控制、地图定位、自主导航、感知识别、通讯传输等技术,可广泛 应用于电力、石化、煤矿、应急救援、医疗康养等多个领域。 此外,公司在 2014 年收购了意大利希尔机器人公司,希尔服务于汽车、航空、铸造、 一般工业、化工等多个行业,提供定制化的机器人与自动化整体解决方案,对于各行业的 工艺场景和自动化需求有深入了解,现为全球多家知名车企提供自动化生产线。12 月 26 日,希尔机器人与上海智元新创技术有限公司签订场景应用合作协议,双方将在具身智能 技术、柔性制造解决方案场景拓展等方面合作,推动通用机器人产品创新和场景示范,共 同发布人机交互具身智能产品、具身智能垂域模型、柔性制造 PPT 场景和工厂 AI 清洁方 案。

2)步科股份:无框电机领域具备品牌和先发优势。根据公司投关活动记录,公司无 框力矩电机产品经过多年的迭代更新,已经是成熟的、规模化、平台化的工业产品,在协 作机器人领域得到了充分的应用和验证,亦可在人形机器人部分关节处进行应用。公司正 在积极推进与人形机器人下游客户的合作,推动技术交流、产品验证等,目前已完成部分 客户产品送样工作。公司正在为第四代无框力矩电机产品进行工艺创新设计,致力于实现 产品效率、工艺水平和产品成本最优化,同时,随着机器人行业机电一体化趋势发展,公 司也在积极布局研制一体化旋转电驱动关节,集成减速器、高功率密度驱动器等核心部件, 满足关节伺服驱动需要。

3)汇川技术:国内工业自动化控制标杆,产品系列齐全,研发实力强劲。根据公司 投关活动记录,公司目前对人型机器人处于洞察阶段,会做好对技术路径、应用场景、产 品要求、成本等方面的评估。汇川全资子公司上海莱恩主营滚珠丝杠,未来同样有可能应 用到人形机器人领域。

4)禾川科技:伺服系统在国产品牌中优势明显,未来将在机器人方向大力投入。根 据公司投关活动记录,公司认为未来在机器人行业,精密传动核心部件以及和机电结合的 组件上应用广泛,因此公司会在机器人方向上加大投入。

5)伟创电气:成立机器人事业部,开发系列机器人用电机产品。伟创电气深耕电气 传动和工业控制领域,主要产品为变频器、伺服系统、控制系统等。根据公司官网和公告, 2022 年成立机器人事业部,切入机器人产业链,产品涵盖移动机器人动力单元,通用低 压伺服、低压伺服一体轮,机器人关节模组、空心杯电机、无框力矩电机等核心部件。

6)雷赛智能:发布高密度无框电机及伺服系统,赋能人形机器人行业。雷赛技能深 耕运控行业二十余年,提供运动控制器、伺服系统、步进电机等系列产品及运动控制解决 方案。2023 年 11 月份,公司正式对外发布 FM1 系列高密度无框电机和微型伺服驱动器, 2024 年 12 月,公司发布第二代 FM2 系列无框电机。无框电机具备转矩密度高、功率密 度高、体积小、重量轻、转子内径大、发热小、转矩波动小等优点,针对协作和人形机器 人等行业的应用场景和用户痛点进行研发设计、提供不同标准的框架尺寸,还可以根据客 户需求进行电机尺寸和电气参数的优化定制。目前 FM 无框力矩电机系列已有数十家客户 批量使用成功。

二、减速器相关上市公司包括:

1)中大力德:综合减速器厂商,减速器产品覆盖电机、行星、谐波、RV 减速器。 中大力德是国内综合性工业自动化零部件厂商,产品覆盖减速电机、精密减速器、驱动器 和智能执行单元三大类,其中精密减速器产品包括行星减速器、RV 减速器与谐波减速器, 产品线齐全,应用于工业机器人、智能物流、新能源设备、工业母机、纺织机械等工业自 动化领域。

2)双环传动:高精密齿轮制造商,汽车延伸至机器人。根据官网介绍,公司从 2013 年开始布局机器人减速器,2020 年国产 RV 减速器中市占率达到第一名,2022 年 5 月突 破 10 万台减速器产能。公司具备数十年的齿轮加工经验,拥有优质的客户渠道资源和对机器人行业的深刻理解,相比其他汽车齿轮公司而言,双环更加懂得机器人需要一款什么 样的减速器,更能为主机厂客户提供更适合的产品,反向赋能主机厂,在机器人减速器领 域具有更大的潜力。

3)国茂股份:老牌通用型减速器供应商,具备底层能力。公司成立于 1993 年,成 立至今始终深耕减速机行业,目前通用减速机行业产品线齐全。2019 年公司 IPO 上市, 上市后公司加速并购及业务拓展,不断向高端市场、专用减速机、工业机器人及机电一体 化等领域发力。

三、轴承相关上市公司包括: 长盛轴承:主要产品为自润滑轴承、低摩擦副零部件及相关的精密铸件,是国家专精 特新“小巨人”。自润滑轴承相比传统轴承具有无需外部润滑系统、耐磨损、可靠性高等 优点,当前在高端机床设备、航空航天、机器人等领域渗透率逐步提高。根据公司公告, 公司目前正与多个机器人主机厂及相关供应商展开合作研发,并为其提供样品,主要针对 的是滑动轴承在关节处的应用。

4.2 四足/特种机器人

(1)中坚科技:大力投入人工智能,推出四足机器人产品。2024 年 5 月,公司设立 控股子公司江苏坚米智能机器人有限公司,江苏坚米的核心团队由相关智能制造领域内的 科技人员组成,大部分成员具有国内智能制造领域头部公司多年从业经验和研发经验。 根据公司公告,公司推出首款四足机器人品牌灵睿型号 P1,该四足机器人拥有智能 化高,通过性强,重负载,长续航等优点,可应用于巡检、勘察和安防等各类场景。灵睿 P1 也将搭载其自研的大语言模型,基于大语言模型构建高阶具身智能四足机器人,同时 构建行业定制化知识库以进一步提升机器人智能性,实现机器人多模态信息高效识别,并 准确做出人类期待的行为反馈。2024 年 8 月,灵睿 P1 四足机器人在世界机器人大会展 出。

(2)亿嘉和:定位平台型智能机器人企业,坚持“机器人+行业”的全面发展战略。 目前公司主要产品有电力操作类机器人、电力巡检类机器人、商用清洁机器人、智能化系 统及解决方案、消防类机器人、共享充电机器人、商用清洁机器人、轨道交通机器人等。

(3)申昊科技:定位行业级机器人。公司研发形成包括轮式巡检机器人、履带巡检 机器人、挂轨机器人、线路巡检机器人等移动巡检产品以及开关室操作机器人、环保运维 机器人、配网带电作业机器人等在内的操作机器人。在此基础上,公司打造了包括智慧电 网解决方案、智慧交通解决方案、智慧环保解决方案等系统性解决方案,以服务电力电网、 轨道交通、生态环境等场景客户。根据互动问答,公司四足机器人目前已在变电站、管廊 隧道、园区、工厂、安防等场景开展相关巡检试点应用,创新探索巡检巡逻新模式。

(4)晶品特装:深耕“智能感知+机器人”装备领域。公司顺应人工智能浪潮,研 发军用机器人、智能感知、模拟仿真等方面的技术及产品,服务于军用及民用市场,能够 为客户提供整机、分系统或组件产品。 1)军事机器人方面:公司自主研发并储备了系列化机器人、系列化无人车产品,重 量涵盖 1kg、5kg、25kg、37kg、50kg、100kg、400kg、1T、1.5T 等级别,种类包括 排爆机器人、侦察机器人、多用途机器人、核化检测机器人等;新研智能作战机器人,具 有一定的自主能力,可在复杂场景下执行精确火力打击任务,应用前景广阔。公司同时研 发军用机器人上游部件产品,上游部件包括部件/组件、分系统等类型,可用于公司自研 机器人整机产品,也可对外销售形成效益。部件/组件产品主要有电机驱动、主控、行驶 控制、电动关节、机械手爪、电源管理等;分系统类产品包括电动机械臂、液压机械臂、 武器站、控制终端、机器人底盘等。 2)智能感知方面:公司基于原有光电侦察技术体系,融合声探测、电磁探测、激光 探测、运动探测等多种探测感知手段,并结合智能信息处理技术,研发多维智能感知设备, 实现复杂环境全维信息感知、综合态势融合处理、目标快速检测跟踪能力。智能感知设备 产品类别包括单兵侦察设备、车载侦察设备、无人机侦察设备、导引制导设备等。

4.3 行业应用入口

(1)中控技术:深耕流程工业,以解决方案为抓手,打造机器人应用生态

流程行业具有易燃、易爆、高温、高压、有毒、有害等特点,事故后果一般较为严重。 例如,2019 年 3 月 21 日,天嘉宜化工有限公司由于旧固废库内长期违法贮存的硝化废料 持续积热升温导致自燃烧引发爆炸,造成 78 人死亡、76 人重伤,640 人住院治疗,直接 经济损失 19.86 亿元。2019 年 7 月 19 日,河南省煤气集团有限责任公司义马气化厂由 于空分装置冷箱阀连接管道发生泄漏,长达 23 天没有及时处置,造成 15 人遇难、16 人 重伤,直接经济损失 8170 万元人民币。

人工巡检对人员要求较高,智能巡检大势所趋。人工巡检操作需要一定的知识储备, 如了解化工生产所涉及的各类化学反应原理,掌握化工生产装置的基本构造、工作原理与 运行参数,认识化工生产中常用的各类仪表,精通化工行业安全操作规程,熟知国家及地 方有关安全生产的法律法规。其次,巡检人员需要牢记巡检线路,在设备巡检点完成“打 点”操作。相比之下,智能巡检方案在成本、效率、安全性等方面更有优势:智能巡检设 备可以代替人工进行复杂危险系数高的环境进行巡检,同时搭载各种巡检设备,后台搭载 数据分析系统,可以将巡检的画面实时传到后台,对设备的运行情况进行分析生成报表。 对设备的异常情况可以预警远程报警,将安全隐患提前遏制,同时智能巡检设备可以 24 小时进行移动巡检。

四足巡检机器人是公司安全管理方案的重要一环。针对流程工业中巡检环境的复杂恶 劣性、统一调度的缺失以及巡检任务的繁重性等难题,公司特别为工业细分应用场景量身 定制的机器人产品及软硬件平台系统。将自动化技术(AT)、设备技术(ET)、工艺技 术(PT)、信息化技术(IT)及运营技术(OT)相融合,采用一个统一安全巡检平台, 可以接入防爆轮式机器人、机器狗、挂轨机器人和无人机等不同类型机器人,以满足不同 工业场景的检测要求。Plantbot 解决方案深度融合了人工智能、物联网、大数据等先进技 术与机器人技术,不仅使机器人作为独立的应用单元存在,而且实现了其与各种先进的生 产管理系统之间的联动,互相增益,形成一个完整的系统,显著提升了机器人在各行业中 的应用效率和效果。

中控技术在客户、经验、数据等方面具备领先优势,为机器人产业化插上翅膀。根据 睿工业统计,2023 年公司核心产品集散控制系统(DCS)在国内的市场占有率达到了 37.8%,连续十三年蝉联国内 DCS 市场占有率第一名。公司利用在流程工业领域积累的 数据、模型等优势,将 AI、大数据等新兴技术深度应用于机器人研发,如通过深度学习算 法实现机器人对复杂工业环境的感知和理解,利用强化学习让机器人在实际工作中不断优化行为策略,提高机器人的智能化水平和自主决策能力,打造出更具竞争力的机器人产品 和解决方案,实现机器人在不同工业场景下的高效应用。

中控已具备多种机器人巡检应用方案。针对复杂地形巡检,四足机器人具有良好的机 动性和稳定性,能够适应工厂车间复杂地形,在巡检过程中可自主跨越障碍物、爬坡、上 下楼梯等,确保巡检的全面性;针对原料罐区巡检,防爆巡检机器人完成对设备的巡检作 业,包含温度、跑冒滴漏等内容,配套 OGI、热烟火三相等设备,全方位监控设备的运行 状况,有效预警起火、冒烟等危险突发事件。

打造机器人应用产业生态,带领国产机器人走出国门。公司先后与杭州云深处科技、 重庆七腾机器人签订战略合作协议,共同推动机器人在流程行业产业化落地。目前公司机 器人巡检方案已在氯碱电解槽巡检、皮带通廊、化工厂电力间等多个细分领域落地应用。 并且已成功斩获沙特阿美智能巡检机器人大单,并在马来西亚第三大炼油企业 HRC 获得 应用。

(2)能科科技:与华为携手用 AI 技术赋能制造。公司深耕制造业数字化,基于华为 iDME,构建高端装备数字主线应用,通过华为云盘古大模型+能科乐世界,从工业软件+ 应用场景入手打造 AI+制造业,支撑客户的 AI 应用场景发掘、数据梳理分析、方案策划、 落地实施等,并在汽车、电子以及重工装备等行业客户实践落地。

(3)宝信软件:用机器人加快钢铁等行业信息化。公司依托钢铁及先进材料业雄厚 产业基础和丰富应用场景,提供以钢铁业为代表的流程型制造数字化智慧化综合解决方案。 公司面向制造业智能产线提供全流程机器人应用产品、智能技术服务、解决方案等,产品 与服务业绩遍及钢铁、交通、有色、化工、矿山等多个行业。

(4)建设工业:国防军工场景入口,未来空间广阔。公司主要生产、经营汽车发动 机连杆系列产品、其他工业产品和机床零部件及其他机械产品,控股股东是中国兵器装备 集团有限公司。2024 年 11 月 29 日,中国兵器装备集团在其科技创新周上宣布成立人形 机器人创新联合体。根据公司公开问答,针对控股股东对人形机器人的布局,未来公司会 结合自身发展情况及市场需求进行产业产品布局。目前,多功能足式机器人主要应用于侦 察打击、日常巡检、物资运输、灾难救援、排雷排爆等。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

来源:未来智库

相关推荐