劃重點：

1、相較于通用伺服，機器人用伺服的性能要求更高，國內外差距也更大。內資品牌在技術儲備、產品性能、質量、品類上落后于國外品牌，且電機編碼器芯片仍依賴進口。

2、控制器相當于機器人的大腦，負責規(guī)劃機器人運動方式，發(fā)布和傳遞動作指令。國內外差距主要體現(xiàn)在軟件和算法上。一方面，國外品牌入局早，具有先發(fā)優(yōu)勢；另一方面，軟件算法等二次開發(fā)需要大量試錯，國外品牌占據市場主導地位后，能夠積累更多更高端的開發(fā)經驗，所以在成長迭代速度上比國內廠商更為迅速。

3、減速器是機器人生產過程中技術壁壘最高的零部件，其中尤以精密減速器難度最大、應用最廣泛，它決定著機器人的精度和負載。從競爭格局看，日系廠商為減速器的主要玩家。國內減速器廠商在基礎材料、加工工藝等方面研發(fā)起步較晚，技術與客戶積累落后于日企。

4、在機器人芯片產業(yè)鏈上，國外整體處于強勢地位，主導著芯片設計這一核心環(huán)節(jié)。在芯片設計端，最有力的參與者是國際大廠英偉達、英特爾等。

以下為正文：

賽博朋克早已不是個新鮮名詞，無論是仿生人還是電子羊，都已從科幻走進現(xiàn)實。

今年10月1日，特斯拉在AI Day上帶來了人形機器人擎天柱（Optimus）原型機的全球首秀。擎天柱定位于日常生產生活，能夠完成行走、搬運箱子、澆水植物等活動。

在此之前，日本本田公司在1986年啟動的人形機器人Asimo，可以完成上下樓和奔跑等動作。后來居上的波士頓動力推出的Atlas能夠進行流暢、高難度的跑酷，其機器狗產品Spot也走在了商業(yè)化道路的前列。

在人工智能、新型傳感、生物仿生、新材料等多種技術融合驅動下，機器人賽道正加速升溫，受到全球科技圈的矚目與追捧。

中國已經成為全球最大的機器人市場。海外大佬的爭相入局，也掀起了國內的一波機器人創(chuàng)業(yè)潮。各路選手八仙過海，各顯神通。

8月11日，手機巨頭小米在新品發(fā)布會上亮相了首款全尺寸人形仿生機器人CyberOne“鐵大”，這是繼去年的Cyberdog“鐵蛋”后，小米機器人Cyber家族的新成員。

深圳優(yōu)必選的Walker系列是中國人形機器人的佼佼者，經過四次迭代，已經能夠在機場、銀行、酒店等特定場景下提供簡單服務。

杭州宇樹科技的130臺機器狗在2022世界機器人大會上搞了一出方陣表演，賺足了眼球。

物流巨頭順豐的機器人設備已經在倉儲、中轉等多個場景中應用，近期還傳出可能進軍人形機器人領域的消息。

對比海外，中國在機器人領域的探索較晚，但跟跑速度并不慢。在市場風口與國家政策的推動下，目前已經初步形成了完整的機器人產業(yè)鏈，在核心零部件方面不斷取得突破。而從商業(yè)化角度看，全球機器人市場仍處于早期發(fā)展階段，國內與國外都在摸著石頭過河。

那么，站在國內機器人產業(yè)的風口上，回溯這波賽博潮興起的契機，國產機器人賽道上的各位選手，是如何跟跑外國領先者，又已經跑出了怎樣的成績呢？在有著無限可能的未來，彎道超車的機會又在哪里？

本文將沿著國產機器人產業(yè)鏈，從算法軟件，到底層硬件，再到關鍵性的芯片，闡述這一賽道的現(xiàn)狀與前景。具體分為以下三部分：

一、開源算法后的春筍

二、核心零部件的破局

三、被卡脖子的芯片

開源算法后的春筍

與雙足機器人不同，四足機器人有著較高的有效載荷與極強的平衡能力，更利于控制、設計和維護，能夠滿足日常生活服務場景，還能適應各種復雜和危險地形，執(zhí)行消防、巡檢、審查、搜救等任務，因此是目前海內外布局的熱點。

而要回溯四足機器人的發(fā)展歷程，首先要提到的是這一賽道的老大哥——波士頓動力，其創(chuàng)始人Marc Raibert被業(yè)內稱為“機器狗之父”。

1992年成立后，早期的波士頓動力在美國國防高級研究計劃局的資助下，主要為美國軍方提供機器人的研究制造。

2005年，第一代機器狗Big Dog的面世讓波士頓動力在業(yè)內一炮而紅。隨后幾年，他們相繼推出Alpha Dog、LS3、Spot、SpotMini等產品，機器狗的負載能力、移動速度和實用性不斷提升，波士頓動力逐漸成為業(yè)內的佼佼者。

從悶頭搞科研到全力實現(xiàn)商業(yè)化，Spot機器狗是波士頓動力轉型的關鍵。

作為波士頓動力的標志產品之一，Spot承載著波士頓動力“成為機器人界的安卓”的希望，將被打造為模塊化的平臺產品，以在多場景下發(fā)揮更重要的作用。

2019年下半年，Spot機器狗開始了商業(yè)化試水，開放向企業(yè)出租；2020年6月正式向公眾開放出售。

同時，波士頓動力開源了Spot的Python腳本語言的SDK，即軟件開發(fā)工具包。這樣一來，任何Spot用戶都可以與機器狗“交流”，并開發(fā)自定義應用程序，DIY更豐富的動作、功能和應用。

盡管Spot有著拉風的外型和強悍的功能，其高達53萬人民幣的價格還是讓普羅大眾望而卻步。

截至2020年10月底，Spot機器狗的訂單只有約260份，遠不及波士頓動力原計劃在當年出貨1000臺的目標，且主要用戶還是來自B端，售出產品多數(shù)用于發(fā)電設施、退役核電站、工廠車間、建筑工地和研究實驗室等環(huán)境。

四足機器人的商業(yè)化依然道阻且長。海外大佬尚且如此，那么國內又是何番景象呢？

放眼國內四足機器人市場，從南京蔚藍科技第五代阿爾法狗的16900元，到宇樹科技A1的16000元，再到小米CyberDog的9999元，國內各路企業(yè)已經就機器狗這一產品展開了價格戰(zhàn)。似乎在國內，“機器狗跑入尋常百姓家”已經是不遠的未來。

那么，相比較售價高昂的機器狗明星Spot，為何國內的四足機器人玩家能給出萬元級定價呢？這與機器人算法開源有著千絲萬縷的聯(lián)系。

前文提到波士頓動力將Spot機器狗的SDK開源，其主要目的還是配合銷售，供自家用戶開發(fā)Spot的更多功能。而促使國內玩家大量入局的，則是開放性更強的技術生態(tài)。

2018年9月，麻省理工大學的仿生機器人實驗室（MIT Biomimetic Robotics Lab）相繼將迷你獵豹機器人（Cheetah Mini）的電機驅動器和所有運行代碼開源，這意味著在四足機器人領域有著領先地位的Cheetah Mini的核心技術秘密已全部公開。

同時，ROS（Robot Operating System）項目的開源，也是機器人行業(yè)發(fā)展過程中的一個重要節(jié)點。

ROS類似一個可用于開發(fā)機器人應用程序的SDK，其前身是斯坦福大學人工智能實驗室和機器人孵化企業(yè)Willow Garage合作設計的開源機器人編程框架。

隨著該項目逐漸走出實驗室，尤其是ROS 2的升級，ROS發(fā)展成了主流的機器人操作系統(tǒng)之一，為眾多機器人創(chuàng)企所采用。

至此，國內公司在四足機器人賽道上分化出兩類。

一類公司基于MIT和ROS的開源代碼開發(fā)產品，如小米，其“鐵蛋”機器人CyberDog的核心算法正是基于Cheetah Mini和ROS 2研發(fā)而來。

另一類則以自研為主，走的是與MIT開源代碼不同的路線，如宇樹科技。

開源的算法生態(tài)使得大量四足機器人玩家初步突破技術開發(fā)的難關，如雨后春筍般在國內大地上蓬勃生長起來。

目前，四足機器人的功能和應用場景還十分有限，尤其在個人消費場景中稍顯“雞肋”。此外，據業(yè)內供應鏈人士透露，小米“鐵蛋”的售價雖低至9999元，但成本約達到5萬元。要真正降低機器人商業(yè)化的門檻，仍需要制造端“降本增效”。

核心零部件的破局

機器人產業(yè)鏈主要包括上游的核心軟硬件，中游的本體制造，下游的工業(yè)與服務應用端。

如前文所述，由于機器人目前的應用還比較有限，相比之下，高性能的零部件是提升機器人感知運動能力、使其能夠具備更強功能性的基礎，所以產業(yè)鏈中占據較大比重的是核心零部件。

根據OFweek數(shù)據，核心零部件占工業(yè)機器人成本約70％，其中最核心且成本最高的三個零部件是減速器、伺服電機、控制器，分別占比約35％、20％、15％。

工業(yè)機器人核心零部件示意圖來源：Ofweek，東吳證券研究所

減速器是機器人生產過程中技術壁壘最高的零部件，其中尤以精密減速器難度最大、應用最廣泛，它決定著機器人的精度和負載。

機器人每個關節(jié)運動均需要伺服電機來驅動，而關節(jié)的需求是輸出轉速小、轉動扭矩大，但伺服電機則具有輸出轉速大、輸出扭矩小的特點，這就需要減速器來匹配轉速和傳遞轉矩，連接起動力源與執(zhí)行機構。

精密減速器主要包括諧波減速器與RV減速器。二者工作原理區(qū)別較大，前者承載力有限，但重量、體積較小，而后者恰好相反。

因此，這兩種減速器在應用中呈現(xiàn)優(yōu)勢互補關系，諧波減速器一般用于小臂、腕部或手部等輕負載位置，RV減速器則主要用于大臂、肩部、腿部等重負載位置。

諧波減速器與RV減速器

來源：《2022中國工業(yè)機器人市場研究報告》

從競爭格局看，日系廠商為減速器的主要玩家。日本哈默納科是諧波減速器領域的龍頭，納博特斯克則是生產RV減速器的世界巨頭。國內減速器廠商在基礎材料、加工工藝等方面研發(fā)起步較晚，技術與客戶積累落后于日企。

在忍受了幾十年的日企高價壟斷后，我國也誕生了一些國產減速器龍頭，國產化率正在逐步提升。

從2021年國內市場數(shù)據來看，日企哈默納科和新寶占據諧波減速器第一和第三的份額，分別為35．5％和7．4％，第二位是國內自主品牌綠的諧波，占據 24．7％的市場份額；RV減速器也呈現(xiàn)類似格局，第一和第三分別是日企納博特斯克和住友，占比51．8％和4．3％，第二位是國內自主品牌雙環(huán)傳動，占據15．1％的份額。（數(shù)據來源：華經產業(yè)研究院）

負責機器人運動的伺服電機是動力系統(tǒng)的核心，直接影響機器人的性能參數(shù)。

電機一般指電動機，也就是馬達，其作用是將電能轉化為機械能，產生驅動力矩，為用電器和機械設備提供動力來源。

伺服電機主要由定子、轉子和編碼器組成。由于其在控制精度、過載能力、速度響應等許多性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，因此占據機器人電機用量的絕大部分，廣泛應用于關節(jié)部位，可以實現(xiàn)精確、快速、穩(wěn)定的位置控制、速度控制和轉矩控制。

伺服系統(tǒng)運作原理

來源：三洋、招商證券

相較于通用伺服，機器人用伺服的性能要求更高，國內外差距也更大。內資品牌在技術儲備、產品性能、質量、品類上落后于國外品牌，且電機編碼器芯片仍依賴進口。

從2020年國內市場份額來看，日本安川、三菱、松下占據前三位，占比分別為11．3％、10．5％、9．9％，西門子等歐美系品牌主要把握高端市場。前十位中的大陸企業(yè)僅有匯川技術和禾川科技，分別占到9．8％和 3．0％的份額。（數(shù)據來源：禾川科技招股說明書）

控制器相當于機器人的大腦，負責規(guī)劃機器人運動方式，發(fā)布和傳遞動作指令。

控制器由控制板卡和算法控制軟件組成，技術路線包括PLC、PC－based和嵌入式控制器三種，其性能直接關系到機器人運行的穩(wěn)定性、可靠性和精準性。

國內外差距主要體現(xiàn)在軟件和算法上。

一方面，國外品牌入局早，具有先發(fā)優(yōu)勢；另一方面，軟件算法等二次開發(fā)需要大量試錯，國外品牌占據市場主導地位后，能夠積累更多更高端的開發(fā)經驗，所以在成長迭代速度上比國內廠商更為迅速。

從2020年全球控制器的競爭格局來看，前十大供應商均為外資品牌，占據了82％的市場份額。同時，國內也在加速追趕，如埃斯頓收購TRIO，埃夫特戰(zhàn)略投資ROBOX并成立子公司瑞博思等。

總的來看，國內自主品牌如何實現(xiàn)超車，將是三大零部件賽道未來發(fā)展的關鍵。

首先，技術工藝的客觀落后無法忽略。將機器人產業(yè)細化到核心零部件上來看，中國的起步時間至少落后國外六十年。三大零部件的主要難點就在于基礎工業(yè)和工藝，這都是需要不斷在理論和制造層面上進行研發(fā)創(chuàng)新投入的，要想短時間完成追趕甚至超越，任務可謂十分艱巨。

其次是在產業(yè)規(guī)模與話語權上。國內企業(yè)由于先天不足，仍主要集中在中低端市場，與具有成熟技術的國外企業(yè)相比，市場份額與話語權都較弱。這就使得國內外核心零部件企業(yè)在生產營收規(guī)模以及成本控制環(huán)節(jié)形成巨大落差。

困難的挑戰(zhàn)往往伴隨著機遇，與高技術壁壘相匹配的必然是高利潤。正如電池在新能源汽車中的成本占比，核心零部件也是機器人產業(yè)鏈上毛利率最高的一環(huán)。

同時，國外零部件廠商的高定價給予了國內廠商起步階段的盈利空間，國內廠商能夠通過性價比優(yōu)勢賺取利潤，再持續(xù)投入到相關技術研發(fā)，縮小產品技術差距，從而進一步提高市場份額，形成更大規(guī)模的營收與研發(fā)投入。

供給端的正反饋機制，使國內零部件廠商不斷突破壟斷，而需求端的持續(xù)擴大也拉動著行業(yè)增長。

小米、優(yōu)必選等各路企業(yè)不斷進軍和拓展機器人領域，與國外巨頭波士頓動力、特斯拉等展開競爭。廣闊而穩(wěn)定的下游市場，驅動著上游廠商業(yè)務的持續(xù)發(fā)展，并推動著技術的加速迭代。

此外，政府對于機器人核心零部件實現(xiàn)自主可控的重視和政策扶持，也是不可或缺的行業(yè)推動力�！吨袊�制造2025》明確提出，到2025年，自主品牌工業(yè)機器人市場占有率要達到70％，關鍵零部件國產化率達80％。

在機器人核心零部件的破局之路上，國產替代既是難點，也是機遇。

被卡脖子的芯片

如果說核心零部件是構成機器人骨架與肌肉的主力，那么芯片就是負責處理信號并驅動機器人行為的神經元。沒有芯片，再精密的零件也只能是沒有生氣的廢鐵。

在機器人芯片產業(yè)鏈上，國外整體處于強勢地位，主導著芯片設計這一核心環(huán)節(jié)。

在芯片設計端，最有力的參與者是國際大廠英偉達、英特爾等。

芯片研發(fā)的關鍵之一是產品本身的性能，之二是生態(tài)的支撐，即軟件、開發(fā)環(huán)境和合作伙伴。從這兩個維度來看，英偉達“軟硬一體”的布局無疑具有極大的戰(zhàn)略優(yōu)勢。

2007年前后確立的“CUDA”架構，奠定了英偉達在人工智能芯片領域的先發(fā)優(yōu)勢。隨后，英偉達沿襲一體化戰(zhàn)略，憑借不斷迭代的強大硬件和持續(xù)豐富的軟件生態(tài)，在AI賽道里一騎絕塵。

2018年，英偉達推出了機器人專用芯片Jetson Xavier以及開發(fā)平臺Isaac。

作為世界首款專為機器人設計的芯片，Jetson Xavier擁有超過90億個晶體管，可提供每秒30萬次操作以上的性能，能耗僅有照明燈泡的三分之一。

這一芯片所擁有的6種高性能處理器，足以讓機器人完成視覺測距、傳感器融合、定位與建圖、障礙物檢測以及路線規(guī)劃等任務。

同時發(fā)布的Isaac平臺是英偉達為機器人算法軟件的開發(fā)所提供的工具箱，降低了業(yè)內開發(fā)者模擬、訓練、測試自主機器的難度。這一套芯片與開發(fā)工具的定價為1299美元。

英偉達當前支持的Jetson系列的開發(fā)板和開發(fā)平臺／庫

2019年，英偉達推出了售價99美元的機器人芯片Jetson Nano，采用20nm制程。

這一產品線在最近又迎來了新成員——售價199美元起的Jetson Orin Nano微型機器人系統(tǒng)級模塊。Jetson Orin采用了NVIDIA Ampere架構GPU、Arm架構的CPU，算力高達每秒10萬億次操作，較上一代性能提升了80倍。

到目前為止，已經有超過100萬名開發(fā)人員、6000多客戶、2000家初創(chuàng)公司和150家合作伙伴加入英偉達的Jetson生態(tài)系統(tǒng)。

對比迅猛發(fā)展中的英偉達，英特爾在AI芯片領域的研發(fā)腳步稍顯落后。

這一CPU巨頭從2016年開始陸續(xù)收購了一系列芯片制造商，以加速布局人工智能賽道。2017年，英特爾中國研究院正式發(fā)布HERO機器人平臺，通過CPU控制中心與FPGA，和其他加速器芯片搭配，開發(fā)了基于FPGA加速的智能機器人算法。

2018年初，英特爾推出了其首款神經擬態(tài)芯片Loihi，采用14nm制程。2021年，英特爾對這一芯片進行升級，發(fā)布了第二代產品Loihi 2。

Loihi 2是使用英特爾第一個EUV工藝節(jié)點Intel 4制造的芯片（相當于臺積電4nm），相比前代面積縮小了一半，但仍包含100萬個神經元，處理速度是前代的10倍，目前已被用于機械臂、神經擬態(tài)皮膚、機器嗅覺等場景。

英特爾Loihi 2芯片

此外，自動駕駛芯片具備智能和學習的特性，能夠模仿人的大腦神經網絡，在自動駕駛芯片上具備優(yōu)勢的車企也紛紛布局機器人芯片。

特斯拉的人形機器人“擎天柱”的大腦所使用的，便是其自研的Dojo D1超級計算芯片。該芯片采用臺積電7nm工藝，擁有500億個晶體管。內置3000個D1芯片的Dojo超級計算機算力能夠達到1．1EFLOP＊（每秒千萬億次浮點運算）。

總結國外芯片設計巨頭的發(fā)家之路，無非是兩類路線：深耕研發(fā)，積累深厚的技術儲備；基于強大的資金實力展開并購。

而無論是技術的代代更迭，還是市場的戰(zhàn)略性布局，都不是國內玩家能夠在朝夕間追趕上的。國內機器人產業(yè)要想筑起自研芯片這條護城河，跨賽道競爭與差異化切入是較有希望的路徑。

華為海思作為跨賽道龍頭的代表，其自身業(yè)務對AI的需求量較大，并且資金實力足夠覆蓋高額的研發(fā)支出，在機器人芯片方面有較大潛力。

基于海思芯片開發(fā)平臺推出的HiSpark開發(fā)板，包括HiSpark WiFi IoT、HiSpark AI Camera、HiSpark IPC DIY三款智能硬件開發(fā)套件，可應用于智能物流、無人車、服務機器人領域。

從自動駕駛領域切入的地平線也是國內機器人芯片領域的新玩家。

地平線于2021年推出的Journey 5車規(guī)級芯片采用14nm制程，單顆芯片AI算力為128TOPS，只有英偉達Orin芯片的一半。

目前，地平線旭日系列芯片在智能機器人領域已實現(xiàn)規(guī)模化量產，如科沃斯、小度等產品。

盡管各路玩家正在奮力追趕，但國內機器人芯片產業(yè)目前的力量，無疑是弱小而脆弱的。

海思的芯片制造受限于美國的制裁，原材料、IP核等關鍵關卡上嚴重依賴美國。而新勢力企業(yè)成立時間普遍較短，芯片的研發(fā)和量產仍需要爬坡時間，現(xiàn)有產品在市場中的滲透也是微不足道。

困境之下，國內機器人玩家又該如何發(fā)展壯大呢？

尾聲

解鈴還須系鈴人。要找到破局之路，就必須認清困局所在。

與國外尤其是美國相比，中國的機器人產業(yè)為何始終沒有巨頭誕生？究其根本，可以歸結為以下幾點原因：

一是動力弱，勞動力結構決定產業(yè)需求不足。紀錄片《美國工廠》鮮明地展現(xiàn)了中美工人的差異。有研究顯示，每生產一對擋風玻璃，福耀中國工廠的人工成本是2．28美元，而美國工廠則為23．93美元，在10倍以上。

一邊是以生產效率為先，員工接受高強度的工作狀態(tài)和較低的工資水平；另一邊則有著力量強大的工會，要求員工效益。不同的勞動力市場結構，使得美國的工廠自動化程度遠高于中國，一架架機械臂代替了人擠人的廠區(qū)。

二是起步晚，行業(yè)生態(tài)受制于人。機器人研發(fā)前期投入高，周期長，迭代速度快。這種模式下贏者通吃，先發(fā)者一旦構建起行業(yè)生態(tài)，后起之秀在其制定的標準下只能是處處受制。

因此，我國機器人產業(yè)目前集中在中低端市場，很多高端技術、核心算法仍處于被國外巨頭卡脖子的窘境。

三是力量散，資金與研發(fā)力量小而分散。

機器人底層硬件和芯片設計無一不需要大量時間和資金投入，在不斷的實驗中才能迭代出優(yōu)秀的性能。這樣一個需要周期、資金、技術人才的過程，只憑企業(yè)自身是遠遠不夠的。波士頓動力早期就是在美國軍方的資助下，才造出了領先業(yè)內的第一代機器狗。

對比之下，我國的機器人研發(fā)端尚未建立起完善的產學研通道，廠商大多弱小而分散，產品線少，高校、研究所的人才輸送與國家資助力量不足，行業(yè)整體未能形成合力。

好在黑暗過后就是黎明，我國目前也有著發(fā)展機器人產業(yè)的獨特優(yōu)勢。

人口老齡化帶來的勞動力紅利消失，帶動了各行各業(yè)對于機器人的需求；龐大的市場一方面能夠養(yǎng)活眾多國內企業(yè)，另一方面也能吸引海外巨頭投資建廠，不斷引入先進技術與人才。

美國的工業(yè)機器人制裁，將國內巨大的市場拱手相讓，給了本土機器人產業(yè)完成國產替代的窗口期。未來國產機器人只要抓住機會，在產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)集中力量強化優(yōu)勢，同時在基礎研究領域不斷尋求突破，砍斷卡脖子的手，后來者也未必不能居上。

風起潮漲之時，國產機器人蓄勢待發(fā)，志在遠航。在未來的無限可能之中，我們期待著國產機器人崛起的身影。

       原文標題 : 國產機器人熱潮的三昧真火