賽博朋克早已不是個新鮮名詞，無論是仿生人還是電子羊，都已從科幻走進現實。

2022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。

自前幾年起，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業潮。各路選手八仙過海，各顯神通。

2022年8月11日，手機巨頭小米在新品發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。

杭州宇樹科技是國內機器狗出貨量最大的公司，他們的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鏈，在核心零部件方面不斷取得突破。而從商業化角度看，全球機器人市場仍處于早期發展階段，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

01

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，其創始人Marc Raibert被業內稱為“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內的佼佼者。

從悶頭搞科研到全力實現商業化，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，以在多場景下發揮更重要的作用。

2019年下半年，Spot機器狗開始了商業化試水，開放向企業出租；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，即軟件開發工具包。這樣一來，任何Spot用戶都可以與機器狗“交流”，并開發自定義應用程序，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，售出產品多數用于發電設施、退役核電站、工廠車間、建筑工地和研究實驗室等環境。

四足機器人的商業化依然道阻且長。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，國內各路企業已經就機器狗這一產品展開了價格戰。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。

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，也是機器人行業發展過程中的一個重要節點。

ROS類似一個可用于開發機器人應用程序的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發展成了主流的機器人操作系統之一，為眾多機器人創企所采用。

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。

開源的算法生態使得大量四足機器人玩家初步突破技術開發的難關，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化的門檻，仍需要制造端“降本增效”。

02

核心零部件的破局

機器人產業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，所以產業鏈中占據較大比重的是核心零部件。

根據OFweek數據，核心零部件占工業機器人成本約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。

機器人每個關節運動均需要伺服電機來驅動，而關節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優勢互補關系，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傳動，占據15.1%的份額。

負責機器人運動的伺服電機是動力系統的核心，直接影響機器人的性能參數。

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優異，因此占據機器人電機用量的絕大部分，廣泛應用于關節部位，可以實現精確、快速、穩定的位置控制、速度控制和轉矩控制。

伺服系統運作原理 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僅有匯川技術和禾川科技，分別占到9.8%和 3.0%的份額。

控制器相當于機器人的大腦，負責規劃機器人運動方式，發布和傳遞動作指令。

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定性、可靠性和精準性。

國內外差距主要體現在軟件和算法上。

一方面，國外品牌入局早，具有先發優勢；另一方面，軟件算法等二次開發需要大量試錯，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超車，將是三大零部件賽道未來發展的關鍵。

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和工藝，這都是需要不斷在理論和制造層面上進行研發創新投入的，要想短時間完成追趕甚至超越，任務可謂十分艱巨。

其次是在產業規模與話語權上。國內企業由于先天不足，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在生產營收規模以及成本控制環節形成巨大落差。

困難的挑戰往往伴隨著機遇，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鏈上毛利率最高的一環

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勢賺取利潤，再持續投入到相關技術研發，縮小產品技術差距，從而進一步提高市場份額，形成更大規模的營收與研發投入。

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

小米、優必選等各路企業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。廣闊而穩定的下游市場，驅動著上游廠商業務的持續發展，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自主可控的重視和政策扶持，也是不可或缺的行業推動力。《中國制造2025》明確提出，到2025年，自主品牌工業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。

03

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。

在機器人芯片產業鏈上，國外整體處于強勢地位，主導著芯片設計這一核心環節。

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。

芯片研發的關鍵之一是產品本身的性能，之二是生態的支撐，即軟件、開發環境和合作伙伴。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略優勢。

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優勢。隨后，英偉達沿襲一體化戰略，憑借不斷迭代的強大硬件和持續豐富的軟件生態，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劃等任務。

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

英偉達當前支持的Jetson系列的開發板和開發平臺/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100萬名開發人員、6000多客戶、2000家初創公司和150家合作伙伴加入英偉達的Jetson生態系統。

對比迅猛發展中的英偉達，英特爾在AI芯片領域的研發腳步稍顯落后。

這一CPU巨頭從2016年開始陸續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芯片Loihi，采用14nm制程。2021年，英特爾對這一芯片進行升級，發布了第二代產品Loihi 2。

Loihi 2是使用英特爾第一個EUV工藝節點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家之路，無非是兩類路線：深耕研發，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，其自身業務對AI的需求量較大，并且資金實力足夠覆蓋高額的研發支出，在機器人芯片方面有較大潛力。

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

盡管各路玩家正在奮力追趕，但國內機器人芯片產業目前的力量，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。而新勢力企業成立時間普遍較短，芯片的研發和量產仍需要爬坡時間，現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展壯大呢？

04

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需求不足。紀錄片《美國工廠》鮮明地展現了中美工人的差異。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。

二是起步晚，行業生態受制于人。機器人研發前期投入高，周期長，迭代速度快。這種模式下贏者通吃，先發者一旦構建起行業生態，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，才造出了領先業內的第一代機器狗。

對比之下，我國的機器人研發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，我國目前也有著發展機器人產業的獨特優勢。

人口老齡化帶來的勞動力紅利消失，帶動了各行各業對于機器人的需求；龐大的市場一方面能夠養活眾多國內企業，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，在產業鏈各個環節集中力量強化優勢，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，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。