具身智能观察：人形机器人本体，实现功能的物理底座 | 转自 高瓴时间 Insight

导读：

当我们讨论人形机器人时，市场的目光往往聚焦在“大脑”和“智能”，却容易忽略真正承载一切功能的那副“身体”。从材料、结构到驱动与能量系统，本体决定了机器人能走多稳、能干多少活，也决定了它距离真实应用还有多远。本期内容，我们回到人形机器人的物理原点，拆解作为功能底座的“本体”，并从应用场景与产业趋势出发，看看这条制造业主线，正在如何重塑人形机器人的未来。

01 人形机器人本体的特征

人形机器人的“本体”是指机器人的机械结构和实体硬件部分，它是机器人实现各种功能的“物理底座”。主要涵盖机械结构、电子器件集成、装配设计、驱动、控制、能源等系统，协同赋予机器人仿人运动、感知环境、自主决策及持续运行的能力。

1.人形机器人本体设计要求

整体性能方面，人形机器人的本体研发设计需要关注其稳定性、灵活性、协调性及模块化设计。人形机器人整体的稳定性是其运动的基础，需要充分考虑人形机器人重心的位置，确保其在行走、跑步和转身等动作中保持稳定。灵活性要求人形机器人有支持多自由度运动，并具备足够的承载能力；协调性要求人形机器人不同躯干之间重量的分布合理，链接方式牢固，且能够承受相应的震动和冲击。模块化设计要求人形机器人的不同零部件能够较容易实现更换，并具有可扩展性和可升级性。

机器人本体材料的选择。在选择机身材料时，需要综合考虑强度、刚度、重量、耐用性、成本等因素，以满足人形机器人的不同需求。铝合金、碳纤维等轻质高强度材料是常见的选择；包括ABS、聚碳酸酯等也是人形机器人的常用材料。此外，PEEK材料（特种工程塑料聚醚醚酮）凭借着优良的耐热性、机械特性等特点受到极大的关注。

此外，人形机器人在本体设计过程还需要充分考虑散热问题，通过合理规划线路布局、设计通风通道，或者采取制冷措施等方式，确保机器人在正常温度范围内运行。

2.人形机器人本体硬件系统

人形机器人本体硬件系统主要包括机械硬件、驱动控制硬件和动力硬件。

机械硬件部分，包括主体架构、支撑架构和外壳。其中，主体框架主要由机身框架、关节和连杆组成；机身框架多采用高强度、轻质的铝合金或碳纤维材料，来保证机器人兼顾轻量化同时能够稳定运行。驱动控制硬件主要包括伺服电机、减速器与驱动器，为机器人各关节与部件运动提供动力。动力硬件主要为支撑机器人运动的动力电池等。此外，机器人本体硬件还涉及到各类传感器，包括视觉、力觉、触觉以及惯性传感器等，以支撑人形机器人与外部的感知交互。

按照拟人功能部位来分，人形机器人还可以分为头部、手及手臂、躯干、腿部等。头部主要用于安装摄像头、麦克风等各种交互用传感器，也有采取拟人化操作（采用人脸轮廓），实现与人的互动。

躯干部分是人形机器人的重要支撑，它要能够承受来自头部、四肢的作用力，还要为控制系统、电源等提供容纳空间。在研发设计过程需要合理布局，同时要保证中心位置恰当，以维持机器人平衡。手臂及手部是人形机器人的关键部件，一方面需要通过灵巧的关节设计，实现多个自由度，完成机器人的拟人化动作；同时灵巧手设计，直接影响机器人的精细化操作能力，完成拟人的抓握、捏取等操作。腿部是人形机器人站立的主要支撑，通常腿部会安装多种传感器，以实现精准的运动控制和平衡调节，并通过合理结构设计、重心控制等让人形机器人能够稳定、平衡的运动。

02 基于场景的人形机器人的应用

关于人形机器人一直有双足或者轮式之争，其核心在于应用场景。不少观点认为，实际应用中双足机器人在能力收益方面并不占据优势。大多数人日常活动的场景中，尽管双足机器人在灵活性方面表现更为卓越，但轮式机器人在移动速度和能效方面都明显优于双足机器人。并且真正需要双足机器人且具有高度应用价值的场景相对较少。为此，不少人形机器人公司都同时研发了双足和轮式机器人，也积极寻求具有较高市场价值的应用场景。

从行业角度来看，智能制造即工业场景或成为人形机器人首个大规模应用的领域，而商用服务场景是人形机器人最快应用的市场，而家庭陪伴场景则是人形机器人最具潜力的应用市场。

相比较工业场景，家庭场景具有极其复杂性。家庭环境中存在地板湿滑、玩具散落、宠物干扰等动态障碍，要求机器人具备类似人类的动态平衡和快速应变能力。此外，家庭任务涉及非标准化操作（如整理儿童玩具、处理厨房油渍），要求机器人具备多模态环境理解能力。另外，物理安全、数据隐私等政策性内容也影响人形机器人在家庭的应用落地。

工业场景具有相对的封闭性和专用性，可以根据生产制造要求对场景进行限定或约束。AI与机器人技术的深度融合，正在打破传统工业自动化的天花板，推动机器人从“程序化机械臂”向“自主决策智能体”跃迁，重构其在工业场景中的能力边界。为此，工业机器人也认为是我国制造业转型核心引擎。工业机器人将沿着“专用化、轻量化、边缘化”路径持续渗透工业全链路，其形态也将会按照实际需求呈现多样化特征。而拟人形态的机器人可以在消防安全、高危救援、极限运维等窄域刚需场景，通过模块化设计实现成本与功能的平衡。

03 人形机器人本体发展趋势

国产人形机器人的价格已经从单台上百万元逐渐降至几十万元以内，未来有望进一步下降。随着人形机器人的商业化量产，其本体形态也将呈现多样趋势。

为适应实际需求，人形机器人将呈现多元化形态，逐步从通用人形机器人往专用功能性机器人发展。比如，以维他动力为代表的四足机器狗，可以广泛应用在家庭陪伴等特定场景。以人形机器人为基础的零部件的拆分应用也将成为常态：比如，机器人躯干+轮式，可以适用于多种搬运、物流等特殊场景；轮式底座+机器臂可以适用在不同的抓握、捏取等场景，可适用于加油站、商品卖场等。其核心在于具身智能与机械硬件的结合。

商业服务和家庭领域，机器人也将从单纯的娱乐玩具，逐步向具有特定功能的辅助工具演变。比如，在商业导览、迎宾等领域，将更加关注机器人的拟人化，通过拟人化皮肤、增加脸部表情等，让人形机器人更加具有亲和力。在送餐、物流等商业环境，讲从制造成本和智能化等不同角度，实现产品的批量化生产应用。居家环境下，机器人讲更加拟人化。一方面智能化能力的提升，让其能够完成不同类型的居家生活功能；另一方面，情感陪护也将成为家用机器人值得关注的需求，其形态也将涵盖拟人形态、电子宠物等不同类型。

此外，国际市场已经有采用生物方式研发的新一代仿生机器人，比如波兰的初创公司Clone Robotics，其产品Clone Alpha与市面上99%的人形机器人都不同，Clone Alpha从肌肉、骨骼、甚至是神经系统，都是100%的复刻人类。采用人造肌肉、聚合物骨骼、模拟神经系统、液压血管系统等，实现机器人以“血肉之躯“走进生活，或许未来会对机器人行业带来颠覆性的变化。

高瓴是国内最早关注人形机器人领域的投资机构之一，目前在该赛道已投资超过20多个项目。高瓴投资团队布局了协作臂、商业机器人、家庭机器人等，其中包括卧安机器人、思灵机器人等公司。2023年，高瓴开始系统性布局具身智能行业，并于当年2月领投了智元机器人的种子轮投资。此外，高瓴团队还投资了星海图、维他动力、千觉机器人、地瓜机器人、它石智航等公司，投资版图遍布从核心部件到智能本体、从软件系统到应用场景的具身智能产业链。