2024年被称作“人形机器人元年”。在不久前结束的世界机器人大会上，27款人形机器人争相炫技，有的拿着锅铲现场炒菜，有的手握毛笔挥毫泼墨，还有的向观众现场表演采摘苹果，一时成为大会关注的焦点。机器人工友、机器人保姆、机器人厨师……一个个科幻电影般的人形机器人应用场景也让公众激动不已。
拥有完备机器人产业链的广州，也在人形机器人领域发力。8月6日，广州企业发布一款双臂载荷达40kg的全尺寸人形机器人“里工D1”，这是国内首个由协作机器人厂商制造的全尺寸人形机器人，其双臂载荷相较目前人形机器人普遍2~5kg的载荷能力有较大突破。功能强大的人形机器人背后有哪些科技奥秘，记者采访了相关企业和科学家。
世界机器人大会上，人形机器人挥毫（广州日报记者张露摄）
工业应用：
国内外都处在飞奔状态
“人形机器人行业，国内外都处在‘飞奔’的状态。”刚刚从北京世界机器人大会参会回来的广州里工实业有限公司CEO李卫铳向记者介绍，到2030年，预计将有110万台人形机器人有机会进入到全球工业场景的应用，“工业场景有独特性，它相对收敛，比较容易预知行为和结果，建立一套垂直AI模型后，人形机器人的应用就会比较安全和方便，同时，我们对机器人改造的成本也比较低。”
人形机器人演示搬运物体（广州日报新花城记者张露摄）
送机器人进厂打工成趋势
目前，国内工业领域人形机器人的头部玩家已经迈出了“送机器人进厂打工”的步伐。
在广州，广汽集团目前正在探索人形机器人的未来应用场景，公司表示，人形机器人对车企的降本增效有待验证。小鹏汽车相关负责人告诉记者，公司目前是全国首个、全球唯二，同时自主研发AI汽车和AI机器人的车企。小鹏全新人形机器人将于2024年小鹏汽车“1024科技日”亮相。公司表示，该机器人拥有全新科幻造型；集成AI大模型、具备思考能力、动作拟人；同时拥有全球领先灵巧手，相比上一代自由度（关节）更多，具有触觉能力，可完成精细操作。
这次世界机器人大会上，我国生产的D11系列人形机器人已可以根据应用场景不同，衍生出“力量型”和“灵巧型”不同的产品，目前已在长虹电视生产车间测试应用，承担着零件分拣、重物搬运等工作。
7月1日，我国人形机器人企业优必选北京与一汽大众达成合作，双方将在一汽大众位于青岛的国家级智能制造示范工厂探索人形机器人在工业场景的深度应用，打造高智能化和柔性化的生产线及汽车无人工厂。
此次合作中，一汽大众将向优必选开放其位于青岛的“国家级智能制造示范工厂”生产线应用场景，引入工业版人形机器人WalkerS开展汽车制造过程中的螺栓拧紧、零件安装、零件转运等工作。据悉，WalkerS今年已入驻蔚来、极氪等多家车企智慧工厂“打工”。
里工实业有限公司的制造车间
明年一季度有望交首批货
“在汽车工业十分发达的广州，人形机器人的应用场景是非常广泛的。”李卫铳告诉记者，公司发布“里工D1”后第二天，就有企业前来询价，并希望快速购买到，“这家企业需要工人不断搬运30kg左右的商品，这对于工人来说苦不堪言，而我们可实现40kg负重的产品，正好可以帮助工人解决这个难题。”李卫铳介绍，公司有望于明年一季度交出第一批人形机器人商品，“目前我们已经有2个订单在手，2025年计划是40个。”
谈到人形机器人在工业场景的应用，广东省科学院智能制造研究所机器人技术团队的吴鸿敏博士表示，人形机器人与传统机器人相比更加灵巧，可以满足多样化场景的生产需要，在电子、汽车、家电企业都有广泛的应用前景，此外，人形机器人还比较适合在有毒有害的工业环境中代替人类完成任务。
广州优势：
软件领域强应用场景广
•核心算法研究关键技术攻关能力强
•智能化工厂提供了广泛的应用前景
•本地企业伺服控制系统、电机制造水平高
吴鸿敏参与机器人研究已有10多年，一直以来从事机器人技能学习和柔顺控制方面研究，研究愿景是机器人能像人类一样完成各项复杂任务。在吴鸿敏看来，发展人形机器人，广州比较有优势之处是核心算法研究和关键技术攻关能力较强，“广州拥有广东省超80%的科研院所，以及广州数控、广州里工实业等一批机器人本体研发企业，此外还有多个与人工智能紧密相关的国家、省部级重点实验室，可以为人形机器人系统研发提供非常好的技术支撑。”
此外，庞大的制造业，特别是汽车、家电制造业的智能化工厂，也为人形机器人的发展带来了广泛的应用前景，人形机器人可以在这些场景中不断推陈出新，完善各项功能。
吴鸿敏表示，机器人的三大核心零部件是精密减速器、伺服系统、智能控制器。经过多年来的发展，国产的核心零部件水平已经逐渐实现与国际先进水平“并跑”，但在精密性上，仍有一定差距。广州本地的机器人零部件生产企业中，伺服控制系统、电机的制造水平比较高，但未来仍应吸引更多头部企业来穗设厂，进一步做强机器人产业链。
据悉，广州机器人产业已形成了涵盖上游减速器、控制器、伺服电机等关键零部件，中游机器人本体，下游系统集成的机器人产业链。2023年，广州市智能装备与机器人实现增加值为532.67亿元，同比增长3.4%，工业机器人产量近1.5万套，同比增长47%，逐步培育形成了具有区域特色的涵盖上游减速器等关键零部件，中游智能专用设备、智能机器人、增材制造设备，下游细分领域智能成套装备的智能装备与机器人产业链。
家庭场景：
洗碗做饭已有实践
相较于进入工业场景，人形机器人来到家庭为人服务，或许更令人兴奋。李卫铳告诉记者，他预计到2030年左右，全球将有20万台人形机器人进入家庭。
世界机器人大会上，我国机器人企业优理奇的展台上，人形机器人Wanda正在制作汉堡包，工作人员介绍，这款机器人作为家庭服务机器人，可以自动识别你乱扔在家里各个角落的衣服，自动捡起并拿去洗衣机洗，还能在你吃完饭后给你收盘子、洗碗，还能清洁地板。据公司介绍，该人形机器人通过自研世界首款触觉大模型UniTouch、中枢平台、灵活类人的仿生手臂及核心部件、泛化的运动基元等，正实现不少复杂的功能。基于触觉大模型驱动和柔性夹手，Wanda可以夹起豆腐，为人类打下手。
“人形机器人确实可以帮助我们应对老龄化社会的挑战，但关键还要看这个机器人到底会多少，其工作的精度和效率有多高，如果它能把家里照顾得井井有条，几十万元也会有人买，但如果只能扫地拖地，那大家肯定还是愿意使用物美价廉的扫地机器人。”吴鸿敏告诉记者。
麦克风收音+AI翻译
机器人的正面和背部都配有麦克风阵列收音，通过视听多模态确权，机器人就能屏蔽其他人的声音，只关注对话的人。AI模块能够把对话翻译为它要工作的内容。
视觉传感器做判断
机器人头部通常放有视觉传感器，位置较高。以“里工D1”为例，在面对人类讲话时，它的视觉传感器会观察“是谁的嘴巴在朝着它动”，然后把头和躯干扭过去。
“午休”充电可干8小时
人形机器人的躯干部分主要安装了能量模块和判断决策模块。躯干的长续航电池为电机提供动力。以“里工D1”为例，其电池续航时间可达4小时。只要午休充电，机器人就基本可以与人类工友协同工作8小时。
高算力芯片听懂人话
判断决策系统主要包括高算力芯片等计算机核心部件，在AI大模型的帮助下，该模块可利用相关算法“读懂”人类命令，生成指令，控制电机用电，从而驱动机器人完成各项任务。
网络模块云端通信
机器人躯干部位还有网络模块，方便机器人通过Wi-Fi和5G实现云与端通信。后续，机器人通过这些网络模块可以完成系统升级和补丁修复。
躯干视觉传感器专盯地面
躯干下半部位有一个专盯双脚的视觉传感器，负责监控地面情况。传感器会传递相关信号，让AI判断地面是否平整。
“灵巧手”：核心部分不可替代
“灵巧手”是目前最像人手的机械手，在机器人技术众多赛道中，“灵巧手”被称为机器人的“最后的一厘米”。作为具身机器人与环境交互的末端执行器，“灵巧手”是深度仿生、柔性感知、微机电系统、高性能材料等前沿技术交叉融合的集大成者，是实现智能机器人技术变革跃迁的关键突破口。而“里工D1”的一只“灵巧手”共有17个关节，其中手掌上的关节就有13个。
“灵巧手”要实现真正的灵巧，就需要精密减速器、高精度传感器等精密仪器的控制约束，“放到工业场景来讲，我们要求机器人要达到±0.03毫米的关节重复定位精度，这也是我们生产人形机器人的标准要求。”李卫铳介绍，“里工D1”和其他人形机器人最大的不同是，一双“灵巧手”可以负重40kg重物，从而可以减少工人干脏活、累活的时长和概率。
吴鸿敏告诉记者，“灵巧手”是人形机器人身上最核心关键的部位，“在手指微小的空间里，需要安装高灵敏度的传感器、精密减速器、电机、关节等，再配合算法，‘灵巧手’才能完成人类双手所能完成的工作，这也是所有人形机器人企业都在着力突破的难点，没有‘灵巧手’的操作，很多任务是做不了的，它需要收集触觉信息，同时完成多手指的协同操作，才能完成很精巧的任务。将来，人形机器人不一定会完全以人形出现，比如会是一个轮子代替双腿，但‘灵巧手’却是不可替代的。”
雷达+触觉传感器避障
头部的视觉传感器配合躯干的激光雷达等设备，方便机器人观察周围的环境，通过人工智能方法实现提前避障。机器人全身几乎布满触觉传感器，“让机器人在接触到外力时会自动停下，以免发生危险。”李卫铳说。
关节普遍有48~52个
人形机器人要实现各种动作，自然离不开全身关节的协调运转。目前，人形机器人身上的关节普遍有48~52个，由电机驱动。关节最多的地方是双手，行内称之为“灵巧手”，共有17个关节，其中手掌上的关节就有13个。
除了使用电机驱动关节，美国也有使用液压系统来驱动，让机器人的动作更流畅和类人。不过，李卫铳表示，这种设计成本高昂，通常一台液压人形机器人的成本会超过100万美元，也容易出现液体泄漏的问题，因此很难商业化落地。
陀螺仪保持行走平衡
“里工D1”的双腿和人体一样拥有髋关节、膝关节和踝关节等，“即使摔倒，我们也可以通过控制系统、电机、关节，让它重新站起来。”李卫铳说。此外，机器人的每只脚上还有一个六轴陀螺仪，用以判断脚的姿态。一旦它踩到障碍物或者地面不平时，系统就会收到信息，指示机器人绕行。
文/广州日报全媒体记者：武威
图/广州日报全媒体记者：王维宣（署名除外）
