相关阅读

相关阅读

副标题

《人形机器人标准化白皮书(2024版)》:人形机器人,从科幻梦想到矿山未来

发表时间:2025-04-30 13:47来源:IntelMining


在许多科幻电影里,我们常常能看到这样的场景:外形酷似人类的机器人,不仅能像人一样灵活行走、交流,还能完成各种复杂艰巨的任务。曾经,这些画面只存在于想象之中,如今,随着科技的飞速发展,人形机器人正逐渐从科幻走进现实,一步一步改变着我们的生活和工作方式。今天,就让我们一起走进人形机器人的奇妙世界,看看它们究竟有哪些神奇之处,又会如何影响我们的未来,特别是在矿山行业有哪些潜力。

请在底部附件处下载报告

人形机器人标准化白皮书.pdf


01
人形机器人究竟是什么?


人形机器人,简单来说,就是模仿人类外形和行为的机器人。不过,给它下一个准确的定义可没那么容易。从学术、科技到产业领域,大家对人形机器人的理解都不太一样。目前,国内主流观点认为,人形机器人要具备人类外形特征、行动能力,能双腿行走,通过手臂和身体协调完成任务,还得有基于通用算法和生成式 AI 的语义理解、人机交互、自主决策等能力 。国际标准中虽没有直接定义人形机器人,但对仿人机器人有描述,强调其外观和动作与人类相似,有躯干、头部和肢体。

为了更好地理解,我们可以把人形机器人分为狭义和广义两种。狭义的人形机器人,外观和行为像人类,有躯干、头部和四肢;广义的则在此基础上,还具备部分或全部人类特征,比如语言、智力等 。生活中常见的一些服务型机器人,像在餐厅里帮忙送餐、在酒店里提供引导服务的机器人,就属于广义的人形机器人。

人形机器人和其他机器人概念也有不少区别。机器人都有一定自主能力,但不是所有机器人都有智能,具备智能的机器人才能被称为智能机器人。具身智能机器人则是智能机器人和具身智能的交集,它依靠物理实体与环境交互来实现智能增长。双足机器人用两条腿移动,和人形机器人有交集但并不相同,比如有些双足机器人是动物形态,而人形机器人不一定只用两条腿移动 。

按照运动部位和应用领域,人形机器人还能进一步分类。从运动部位看,有上身运动型和全身运动型。上身运动型多强调表情和上半身肢体动作的情感表达,常用于和用户互动;全身运动型则更侧重于执行各种实际任务 。在应用领域方面,人形机器人涵盖了个人服务、公共服务、工业、医疗康养等多个领域。比如在个人服务领域,它可以成为陪伴老人、孩子的好伙伴;在工业领域,能参与生产线上的装配、检测等工作 。

02
人形机器人的发展之路


人形机器人的发展历程就像一部充满传奇色彩的科技进化史。它的探索早在 20 世纪 70 年代就开始了,大致经历了早期发展、集成发展、高动态运动与交互能力提升、智能化发展这四个阶段 。

我国对人形机器人的研究起步于 20 世纪 80 年代末。哈尔滨工业大学研发的 HIT 系列机器人,以电机驱动,能实现静态行走;国防科技大学研制的第一台仿人机器人 “先行者”,标志着我国在这一领域取得了重要突破。后来,随着传感技术、智能控制技术、人工智能和机器学习的发展,我国人形机器人不断升级,像优必选的 Alpha2、Walker,宇树科技的 H1、G1,小米的 CyberOne 等,功能越来越强大,不仅能稳定执行复杂动作,还具备语义和情绪识别能力 。

在国际上,人形机器人的研究起步更早。日本 1967 年启动 WABOT 项目,1972 年成功研制出世界上第一个全尺寸人形 “智能” 机器人 WABOT-1;本田推出的 ASIMO,能行走、跑步、跳跃,还具备一定交互能力。波士顿动力公司的 Atlas 机器人,动态运动能力超强,能完成各种高难度动作。特斯拉的 Optimus 人形机器人,则代表了智能化发展的新高度,能自主执行复杂任务,还在工厂中参与日常工作测试 。

03
产业现状:政策助力,市场升温


如今,人形机器人产业正处于快速发展的上升期,全球各国都对其给予了高度关注,纷纷出台政策支持产业发展 。

中国注重产业链整合和技术市场化应用,政府支持力度大,政策更新频繁。《人形机器人创新发展指导意见》《新产业标准化领航工程实施方案(2023 - 2035 年)》等一系列政策的出台,为产业发展指明了方向,推动了技术创新和标准化建设 。地方政府也积极响应,像北京、上海、浙江、广东等地,都推出了相关政策,加大资金支持,鼓励企业和科研机构合作,促进人形机器人在不同领域的应用 。

美国关注基础研究和国防应用,通过 DARPA 等机构资助机器人项目,引导机器人应用升级产业 。欧洲在标准化方面处于领先地位,制定了多项国际标准,同时注重人形机器人技术的伦理问题和社会影响 。日韩的产业政策相对较早且稳定,政府主导的产业发展框架较为成熟,注重产业集群建设和在老龄化社会的应用 。

在全球范围内,人形机器人产业规模持续扩大。自 2022 年以来,市场对人形机器人的需求不断增长,预计未来十年还将保持高速增长的趋势 。中国、欧洲、北美、日本和韩国等地区在技术研发、企业培育和产业应用方面处于领先地位。全球涌现出了一大批优质的整机企业,比如中国的优必选、宇树科技、小米;美国的特斯拉、波士顿动力;日本的本田;欧洲的 Aldebaran Robotics SAS 公司等,这些企业的发展推动了人形机器人产业的进步 。

人形机器人产业链涵盖了上游的零部件和基础软件供应、中游的整机系统制造以及下游的终端应用场景 。上游的核心零部件,如感知器件、运动器件、灵巧手、芯片和动力模块等,部分国产化程度中等,一些高端核心部件仍依赖进口,但国内企业正在努力突破技术瓶颈 。基础软件方面,操作系统、核心算法、大模型及仿真软件等各环节的国产化程度不同,都在朝着标准化方向发展 。中游的整机系统企业不断推出新的产品,我国人形机器人产业在国际上处于领先并跑阶段 。下游的应用场景非常广泛,包括工业制造、家庭服务、医疗康养、商业服务、高危作业、教育培训、物流运输等领域,并且随着技术进步,应用场景还在不断拓展 。

04
技术大揭秘:多领域融合的智慧结晶


人形机器人的发展离不开众多先进技术的支持,它是机械、电子、控制、人工智能等多领域技术融合的成果 。

在机械本体与核心部件方面,人形机器人高度模拟人类形态。一体化关节将多个关键部件集成在一起,提高了运动精度、灵活性和负载能力,但在小型化、轻量化以及接口标准化等方面还有提升空间 。灵巧手模仿人手功能,能执行精细操作,不过目前技术方案尚未完全成熟,在传动方式和传感器方案上还需要进一步优化 。仿人机械臂可以模仿人类手臂动作,通过新型设计提高了工作空间和灵活度,未来将朝着多功能化、模块化和标准化方向发展 。人形机器人的腿足结构设计影响着行走稳定性和环境适应能力,新材料和新结构的应用将提升其运动性能 。骨架躯干为机器人提供支撑和稳定性,高强度轻量化材料的应用至关重要 。柔性电子皮肤赋予机器人感知能力,但在材料和传感器阵列布局等方面还面临技术挑战 。

动力系统是人形机器人的 “动力源”,目前有电驱动、液压和气动等多种方式 。电驱动技术高度集成化,并且与智能化技术融合,未来将朝着轻量化与高效化方向发展 。液压传动功率重量比高,能为机器人提供大负载能力和运动敏捷性,但可靠性和稳定性有待提高 。气动人工肌肉具有高功率密度和大比例变形能力,不过使用时需要外置气源,控制精度也有限,未来将通过材料和结构优化实现更柔性化、智能化和高效化的驱动 。

多模态感知与场景理解技术是人形机器人实现智能化的关键。通过集成多种传感器,人形机器人能够实现对环境的高精度感知,利用深度学习等人工智能技术,在场景理解方面也取得了显著进展,但在多模态信息融合和综合运用上还存在不足 。自主任务规划与决策技术让人形机器人具备自主决策和智能规划能力,基于机器学习、深度学习和大模型等智能算法,人形机器人能够快速适应环境并做出决策 。运动规划与控制技术涉及到路径规划和关节控制,先进的算法和技术使得人形机器人在运动控制方面取得了很大进展,能够在不同地形上稳定运动并避开障碍物 。

移动操作执行与人机交互技术也是人形机器人的重要技术领域。平稳步态移动依赖于多种技术的综合应用,未来将朝着更高精度的定位与导航方向发展 。灵巧操作通过高度集成的传感器和执行器实现精确抓取和操作,基于数据驱动的抓取规划算法成为研究热点 。人机交互技术包括遥操作、多模态交互、脑机交互等,让人与机器人之间的交互更加自然流畅,情感识别与交互等新技术也在不断发展 。

大模型训练系统和仿真训练系统为人形机器人的发展提供了有力支持。大模型结合任务理解与环境数据,实现路径规划和运动控制,但面临计算复杂度和能耗开销等问题 。仿真训练系统能够解决数据收集成本高的问题,构建专门的仿真平台是当前研究重点,但目前缺乏规范化的评测体系 。操作系统方面,面向人形机器人的操作系统需要处理复杂的任务,单机操作系统和多机操作系统都在不断发展,融入更多智能化和云端智能元素 。

05
标准化进程:从空白到逐步完善

在人形机器人发展的过程中,标准化建设至关重要 。目前,国际上多个标准化组织都在开展机器人相关标准的研制工作,但专门针对人形机器人的国际标准尚属空白 。

国际标准化组织 ISO 是机器人标准化研究的重要组织,其下属的 ISO/TC 299 全面负责除军用和玩具之外的机器人领域国际标准化工作,发布了多项与工业和服务机器人相关的标准,部分标准可为人形机器人标准的制定提供参考 。国际电工委员会 IEC 的机器人相关标准分布在多个技术委员会中,涉及传感器检测、家用服务机器人性能要求等方面 。电气与电子工程师协会 IEEE、美国材料试验学会 ASTM 等也都在制定机器人相关标准,并且对人形机器人的关注日益增加 。

在国内,全国机器人标准化技术委员会负责机器人领域国家标准的制修订工作,已经发布了多项标准,在研标准也在有序推进 。虽然目前人形机器人标准存在空白,但从产业和技术发展需求来看,在仿人臂 / 腿、灵巧手、电子皮肤等多个领域都需要迅速推动国际标准立项 。我国在人形机器人仿真测试平台、模型训练平台及计算平台等方面处于国际一流水平,应抓住机遇,提出国际标准提案,抢占国际话语权 。

06
矿山行业新希望:人形机器人的潜力

说了这么多,人形机器人和矿山行业又有什么关系呢?其实,矿山行业环境复杂、危险,存在很多对人力来说十分艰巨的任务,而人形机器人在矿山行业有着巨大的应用潜力 。

在高危作业场景中,矿山开采往往伴随着瓦斯爆炸、透水、冒顶等危险,对矿工的生命安全构成严重威胁。人形机器人可以替代人类在这些危险环境中作业,比如在井下进行矿石开采、巷道支护、设备巡检等工作。它们不怕危险,能够在恶劣的环境中稳定运行,降低了矿工面临的风险 。

在物流运输方面,矿山中的物料搬运、装卸等工作劳动强度大、效率低。人形机器人可以凭借其灵活的运动能力和精确的操作能力,实现物料的高效搬运和装卸。它们能够在狭窄的巷道中自由穿梭,准确地抓取和放置物料,提高物流运输的效率和安全性 。

不过,人形机器人要在矿山行业广泛应用,还面临一些挑战。比如,矿山环境复杂,对人形机器人的可靠性和适应性要求极高,需要进一步优化其技术性能,使其能够适应高温、高湿、粉尘等恶劣环境 。同时,成本也是一个重要问题,目前人形机器人的研发和生产成本较高,需要降低成本,提高性价比,才能让更多矿山企业接受 。此外,还需要建立完善的安全保障机制和操作规范,确保人形机器人在矿山中的安全运行 。

随着技术的不断进步和标准化的逐步完善,人形机器人未来在矿山行业的应用前景十分广阔。它们将成为矿山智能化升级的重要力量,提高矿山生产的安全性、效率和质量,推动矿山行业向更加绿色、可持续的方向发展 。


首页          社群交流          关于我们
登录
登录
其他账号登录:
我的资料
留言
回到顶部