进可「上刀山下火海」，退可看家和陪玩，「四足机器人」为什么还没火到千家万户？
作者|韦世玮
编辑|栗子
出品|科创最前线
从2020年11月底波士顿动力的第三次“卖身”、腾讯四足机器人Jamoca挑战梅花桩，到去年春晚跟刘德华同台表演的机器牛、小米推出会翻跟头的“铁蛋”……
与我们常在商场、酒店、餐厅中见到的移动机器人不同，摆脱了轮式或履带式设计的四足机器人机动性更强，具有机动灵活、反应敏捷、作业持久等特性。
同时与双足机器人相比，四足机器人较高的有效载荷与极强的平衡能力，也更利于控制、设计和维护。
这就决定了四足机器人不仅能在平整的地面上“健步如飞”，满足人们日常生活服务场景，还能适应各种复杂和危险地形，平衡稳定地执行消防、巡检、审查、搜索和救援等任务。
尽管四足机器人的功能性如此强悍，但它背后繁杂的技术要求和高昂制作成本，让它在商业化落地的过程中面临不少挑战。
就连在机器人布局近30年的明星企业波士顿动力，在2019年才宣布Spot四足机器人开始商业化，售价约53万人民币；
截至2020年10月底已收到260份订单，远不及该公司原计划在2020年出货1000台的目标。
不可否认，四足机器人仍具有广泛的市场潜力和应用前景。
目前，国内的宇树科技、云深处、蔚蓝科技、哈崎机器人等公司纷纷布局这一赛道，并已有玩家成功地将四足机器人下探到万元级价位，颇有冲刺万元以下的气势。
那么，当下的四足机器人行业发展如何？它的商业化究竟难在哪？国内玩家为何能将其卖到万元级价位？
1、四足机器人的行业发展历程及国内市场现状
2、目前已实现四足机器人商业化的公司及标志性产品
3、国内玩家为何能将四足机器人做到万元级价位？
4、四足机器人的未来应用前景
01
国内外技术差距明显
四足机器人市场仍处商业化早期
若要回溯四足机器人行业的历史，必然绕不开波士顿动力这家公司。
波士顿动力的创始人MarcRaibert（马克·雷伯特）被业内称为“机器狗之父”。
早在1986年，博士毕业于麻省理工学院（MIT）的他就开发出了第一台能够奔跑和行走的动态稳定四足机器人。
在此之前，四足机器人多为静态稳定系统，许多研究者大多先研究机器人的静态稳定，再切入动态系统。
MarcRaibert则“反其道而行之”，优先解决机器人单腿的动态稳定问题，再逐步应用到多条腿的机器上。
这为日后波士顿动力的诞生奠定了基础。
1992年成立后，波士顿动力主要在美国国防高级研究计划局（DARPA）的资助下，为美国军方提供机器人的研究和制造。
直到2005年，该公司的四足机器人“BigDog”终于面世，真正让波士顿动力在业内一炮而红。
波士顿动力研发BigDog的初衷，是希望它能够像骡子一样，能够在士兵、车辆无法通过的地形中使用。
因此，BigDog的稳定性十分强，能够在复杂的地形中行走，还拥有空翻等技能。
由于运行噪音过大、体积过大等问题，BigDog最终没有被美国军方投入使用，但BigDog在四足机器人的近现代发展史上，仍具有重要的里程碑意义。
随后几年，波士顿动力对四足机器人不断改进，相继推出AlphaDog、LS3、Spot、SpotMini等产品，负载能力、移动速度和实用性不断提升，逐渐成为业内的佼佼者。
相比之下，我国的四足机器人研究最早可以追溯到上世纪80年代。
上海交通大学、清华大学、山东大学、北京理工大学等高校及科研院，逐步展开了对四足机器人的系统性研究。
例如，上海交通大学马培荪教授教授等研究人员，在1991年研发了一款关节式哺乳动物型四足机器人，名为JTUMM—III，四条腿共有12个自由度，采用直流伺服电机驱动，能够进行低速行走。
不过，这时的四足机器人更多处于实验室阶段，离商业化落地仍有较长的路要走。
与此同时，在2015年5月，我国国务院印发了实施制造强国战略第一个十年的行动纲领——
《中国制造2025》，其中明确提出将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一。
纲领强调：机器人产业的发展要“围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人应用以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用的需求，积极研发新产品，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体，减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造技术等技术瓶颈。”
纲领还明确了未来十年我国机器人产业的两个重点技术发展方向：
一是开发工业机器人本体和关键零部件系列化产品，推动工业机器人产业化及应用，满足我国制造业转型升级迫切需求；
二是突破智能机器人关键技术，开发一批智能机器人，积极应对新一轮科技革命和产业变革的挑战。
至此，在市场风口和国家政策的双双推动下，我国机器人行业呈现爆发式发展。
整体来看，尽管国内四足机器人起步较晚，在技术水平、系统理念与核心元器件等方面都与国外存在较大差距。
但从商业化角度来看，国内外的四足机器人市场都处于早期发展阶段。
关于四足机器人的商业化模式、应用场景和落地路径上，各家仍处于不断摸索和尝试的阶段。
02
目前国内外布局四足机器人的公司
及标志性产品
放眼全球，目前国外布局四足机器人的公司主要为波士顿动力、GhostRobotics等；
国内则有宇树科技、蔚蓝科技、德鲁动力、云深处等创业公司。
相比之下，国内创企的探索玩法更加多元化，在toB和toC领域均有尝试，而国外仍主要集中在军事和工业领域。
1、国外企业
1.1波士顿动力
成立于1992年的波士顿动力已是四足机器人行业的排头兵，但也历经几次易主。
在2005年开发BIgDog后，尽管该公司还不断改进并开发了其他几款四足机器人产品，但仍然无法达到美国军方采用的标准。
因此在2013年，Google斥30万美元巨资将波士顿动力收入囊中，意图剥离波士顿动力的军方背景，让它朝仓储或物流机器人领域发展，这是波士顿动力逐渐步入商业化的开端。
在Google麾下4年间，波士顿动力开发了四足机器人Spot，以及人形机器人Handle。
其中，Spot利用激光雷达和立体视觉技术，搭载一套车载传感器，能够识别崎岖地形，在行进中保持平衡和协调，灵活性更高。
不过在2017年6月，波士顿动力被Google卖给软银，最后在2020年12月又被软银以9.21亿美元出售给现代汽车公司。
在这几年里，波士顿动力还推出了SpotMini，会开门、爬楼梯、跳舞、拉卡车等一系列技能，并与美国警方合作，扮演“警犬”的角色协助警察完成导航、解救人质等工作。
随着Spot机器人技能的不断更新和丰富，2019年Spot终于开始商业化落地，售价53万人民币。
1.2GhostRobotics
GhostRobotics（幽灵机器人）公司成立于2015年，来自美国宾法尼亚大学GraspLab。
其开发的四足机器人拥有灵活、负载能力强等优势，主要面向军事、公共安全和企业检查等场景，可应用在各种高危场景，例如在矿井下进行勘探、采矿、救援工作等。
面向军事场景，目前GhostRobotics的核心产品为四足机器人Vision60。
它能够实时对周围环境地形进行绘制，探测地形中的地雷等潜在危险，并将执勤和前线情况实施反馈回控制指挥中心，是目前最成熟的军用四足机器人系统之一。
GhostRobotics还开发了一个高性能直驱8自由度并联四足机器人，名为“Minitaur”。
该机器人很早就已实现了商业化，被许多国外高校机器人实验室用于开发机器人系统、研究机器人运动控制。
2、国内企业
2.1宇树科技
成立于2016年的宇树科技，是国内研发消费级高性能四足机器人领域的新锐创企，也是全球最早一批实现四足机器人商业化的公司之一。
面向消费级市场，宇树科技已推出A1、Go1、犇犇三款四足机器人。
其中，A1标准版支持人物跟随、人体检测、深度感知、动态避障、手势识别等功能。
可实现多人模式和群体控制，标配多目智能深度相机，支持实时高清视频传输以及二次开发，最大持续奔跑速度达3.3m/s，接近成人慢跑的速度。
除此之外，宇树科技的Go1机器人搭载了智能伴随系统、超感知系统等，最大奔跑速度约4.7m/s，自适应负载能力约3-5Kg，加之轻便的身躯，能在陪跑的同时帮用户“驮”水杯、零食，甚至还能当作小型“购物车”陪用户逛超市。
目前，Go1air版本售价仅1.6万人民币，进一步接近消费电子品类的价格水平。
去年7月，宇树科技已完成千万美元A轮融资，由顺为资本领投。
此前，该公司已完成由红杉中国种子基金领投，祥峰投资中国基金、初心资本跟投的Pre-A+轮融资。
2.2蔚蓝科技
蔚蓝科技创立于2019年，目前主要开发面向家庭和企业的个人机器人，对标麻省理工学院的MITminiCheetah。
2020年初，蔚蓝推出阿尔法机器狗C系列和阿尔法机器狗E系列产品。
随着团队的持续研发和创新，蔚蓝二代阿尔法机器狗的多项技术指标也取得重要进展，其中最高奔跑速度达到4.15m/s，超过同级别世界纪录保持者MITminiCheetah的3.7m/s记录。
去年3月底，蔚蓝发布第五代阿尔法机器狗C系列产品，并面向行业客户发布第五代阿尔法机器狗E系列产品。
其中，第五代C系列阿尔法机器狗限量售价26900元起。
采用AI自主意识和自我学习技术，具有智能巡航和力控牵引功能，支持多款主流激光雷达和机器视觉传感器，以及树莓派、Arduino、M5Stack等物联网与传感器生态，便于开发者进行二次开发，针对不同应用场景重构应用。
2.3德鲁动力
成立于2020年的德鲁动力，前身为2013年成立的成都陌云科技X实验室，在中国成都、美国硅谷、日本东京均设有研发中心，主要业务包括人工智能高级感知交互平台开发、机器人智能制造等。
截至目前，其已拥有超100项专利，覆盖人机交互、控制算法、硬件、软件、感知技术、区块链等多个领域。
2021年1月，德鲁动力和美国硅谷山景城创新机器人公司Koda合作研发的KODA智能机器狗亮相CES，定位为一条能“感知人类情感并作出相应的互动、有学习能力的情感交互陪伴犬”，主打居家陪伴性能。
简单来看，KODA搭载了空气质量检测器、触摸传感器、足端传感器、高精度麦克风阵列等多源融合传感器，让KODA拥有视觉、听觉、触觉、嗅觉多种感知力。
同时它头上的液晶显示屏还能与用户进行情感互动，并在长期交互、完成任务的过程中不断学习成长，形成更为个性化的性格和人机交互体验。
截至去年4月，KODA机器狗第一批全球预定量已经近千台。
2.4云深处
成立于2017年的云深处，目前已研发出绝影、绝影X20、绝影Lite2、绝影Mini四款四足机器人产品，在避障、运动、平衡、移动和交互方面都已经有了突破性进展。
基于关节驱动性能、运动控制和高动态步态规划控制等技术，绝影可以实现行走、跑步、奔跑和跳跃等各种步态，适应台阶、斜坡、障碍、石子路、草地和雪地等复杂地形；
还能轻松跃过约40厘米的障碍物，原地起跳高度70厘米，立定跳远距离可达1.5米。
同时，基于3D地图构建、自主定位和导航规划技术，绝影还能实现室内外环境下的自主移动和动态避障。
交互方面还拥有遥控、触摸、视觉、手势和语音等多种交互模式。
现阶段，绝影机器人主要可应用于教育科研、安防巡检、特种应用、物流运输四大行业。
例如在工业领域，云深处开发的工业防护级四足机器人绝影X20，具备全天候作业、强劲负载与扩展空间、自主充电、全场景覆盖、强劲算力与精准感知等特点，能满足变电站、电网、炼化厂区等领域的多变环境和高层级需求。
据工商信息显示，2018年7月，云深处已完成由银杏谷资本、道生资本投资的天使轮融资。
2.5哈崎机器人
哈崎机器人成立于2019年末，目前正在研发第一款情感陪伴类智能宠物机器人，名为“铁汪汪”。
据了解，“铁汪汪”无需遥控器控制即可实现全自主运动，在家庭场景中能够适应地形、跨越障碍，结合视觉控制完成上下楼梯、走斜坡、开门、前后空翻等任务；
在户外场景中，它通过结合视觉的实时导航路径规划系统，以及基于预测控制的轨迹追踪，可陪伴用户跑步。
情感功能是“铁汪汪”主打的特征之一。
它通过融合强化学习、模仿学习以及计算机视觉技术，学会模仿现实世界中的动物动作，还能识别目标、听命令、跟随目标移动，和现实中看到的目标进行互动。
成立至今，哈崎机器人经历了两轮融资，最新一轮是由顺为资本、红点创投投资的千万美元A轮融资。
2.6优必选
成立于2012年的优必选，是国内最早一批布局AI机器人并实现商业落地的创企之一，主打人形机器人。
目前，优必选针对消费级市场推出了人形机器人悟空、Jimu机器人独角兽等系列，针对服务级市场推出了智能防疫机器人、智能云平台商用服务机器人等产品。
不过在四足机器人市场，优必选也是新入局者。
2021年春晚舞台上，优必选以表演的方式首次亮相了其新研发的大型四足机器人——“拓荒牛”，摇头摆尾地跳舞和拜年。
“拓荒牛”身长1.31米、身高0.83米、体重60kg、负重15kg，采用16个高精度高力矩的伺服驱动器，能实现全地形自适应，最大行走速度为1.5m/s。
基于大型仿人双足机器人Walker的力控技术，“拓荒牛”搭载了优必选自研高性能主控系统，以及运动规划和控制算法，同时通过高精度激光雷达的自研导航定位方案，它还支持3D地图构建、自主定位导航。
据工商信息显示，从2012年至今，优必选已完成8轮融资。
最新一笔公开融资为2019年3月，两江新区投资的C+轮融资。过往投资人还包括比亚迪、科大讯飞、中信证券、腾讯投资、正大集团等。
2.7鹏行智能
鹏行智能成立于2020年，是小鹏汽车投资的生态公司，团队从2016年组建以来就一直在研发四足机器人。
截至去年6月已完成第三代四足机器人研发，3月已启动第四代四足机器人研发进程。
去年9月，小鹏汽车发布了鹏行智能的第三代原型机，内部代号为“小白龙”的智能机器马，定位为面向儿童的智慧交通工具。
“小白龙”拥有环境感知决策和情感交互能力，外观是一只独角兽形态，通过“前膝后肘”的关节设计，它有着像马一样的行走步态。
同时，“小白龙”还搭载了类似智能汽车的自动驾驶系统。
通过摄像头、激光雷达等多种传感器识别环境与对象，构建地图并规划路径，可实现A点到B点的自主运动、目标跟随、自动避障等功能。
交互方面，“小白龙”拥有声纹、人脸和姿态识别能力，可实现语音交互、触觉和肢体互动。
2020年，鹏行智能获得何小鹏及小鹏汽车的天使轮融资。
2.8小米
小米作为四足机器人赛道上的新入局者，去年推出的仿生四足机器人“铁蛋（CyberDog）”赚足了大家眼球，其最主要的意义在于将四足机器人的价格下压到万元及以下价位。
据了解，“铁蛋”项目成立于2020年10月。
由小米手机部、小爱同学、小米相机部，以及小米生态链企业追觅科技共同开发，其中追觅为小米提供了吸尘器和扫地机器人技术。
铁蛋全身搭载了触摸传感器、GPS模组、英特尔RealSenseD450深度摄像模组、环境光传感器、AI交互相机等11个高精度传感器，能够实时主动探测和感知环境变化，做出近乎真实的生物反应。
铁蛋具有自主识别跟随、SLAM建图、导航避障等功能，能够创建导航地图并自动规划路径，还可选定跟随目标，实时确定目标相对三维位置，根据目标距离自动调整速度，实现自主跟随。
铁蛋内置了小米智能语音，便于用户对其进行智能语音操控，通过它控制家中智能设备，打开电视、指挥扫地机器人清扫房间等。
尽管小米铁蛋机器人售价9999元，但目前仅限量开放工程探索版，主要面向“有极致探索精神的米粉和极客发烧友”。
2.9腾讯RoboticsX实验室
腾讯RoboticsX实验室成立于2018年，主要研发人机协作的下一代机器人。
目前主攻移动、灵巧操作、智能体等三大通用机器人技术的研究与应用，聚焦多模态移动机器人的研发。
2020年11月，腾讯RoboticsX实验室首次亮相了其最新研发的四足机器人“Jamoca”。
本体基于外部提供的硬件平台改装，重约70公斤、长1米、宽0.5米、站高0.75米。
不仅能走、能跑、能跳，还可以挑战梅花桩等复杂地形，实现了误差1厘米内的感知定位、根据环境进行的10毫秒级路线规划，以及全系统的高度协同等技术标准。
紧接着去年3月，该实验室发布了首个软硬件全自研的多模态四足机器人Max。
该机器人采用足轮一体式设计，可根据不同地形的需要来切换形态，轮式运动的速度最高可达25公里/小时。
同时，Max还能双脚站立，完成移动、后空翻、摔倒自恢复等动作，平衡能力较强。
整体设计方案使Max在轮式运动下的能耗比传统足轮融合方案降低约50%。
03
创业商业化难点背后
国内玩家如何做到万元级价位？
尽管现在已经有不少企业都在布局四足机器人，但能跑进商业化落地的还屈指可数。
归根结底，技术稳定性和研发制造成本是横亘在商业化路上的主要难点。
一是技术稳定性方面，现阶段随着技术的不断完善和进步，机器人会的技能越来越丰富，跳舞、上下楼梯、翻跟头、跳绳等技能都已经逐渐成为“标配”。
那么如何让机器人在运行过程中保持稳定良好的动态平衡、运动控制和移动感知等能力，实现机器人的高机动性和灵活性是关键。
在这背后，硬件模组和控制系统的开发是最重要的难点。
涉及到高灵敏传感器、高性能大扭矩电机、主控制模块、AI感知交互模块、电源管理模块等重要部件，以及AI感知、机器人控制等模型的建立和优化。
二是研发制造成本方面。
在实现技术稳定性的同时，确保研发节奏成本，降低开发和制造成本，也是四足机器人企业在商业落地过程中面临的另一大挑战。
不过，相比动辄数十万的波士顿动力机器人，为何国内已实现商业化的玩家能将四足机器人做到万元级价位？
一方面是开源生态。
2018年9月，MITBiomimeticRoboticsLab相继将CheetahMini（迷你猎豹机器人）的电机驱动器和所有运行代码开源，意味着在四足机器人领域有着领先地位的CheetahMini的核心技术秘密已全部公开。
至此，国内在四足机器人赛道上分化出了两类公司：
一类是基于MIT的开源代码开发四足机器人，如小米；
另一类则是以自研为主，走的是与MIT开源代码不同的路线，例如宇树科技。
除此之外，ROS（RobotOperatingSystem）项目的开源也是机器人行业发展过程中的一个重要节点。
它类似一个可用于开发机器人应用程序的SDK，提供开发、调试、测试和最终部署机器人应用程序所需的软件、库和工具，支持C++、Python、LISP等多种语言。
ROS的前身是斯坦福大学人工智能实验室和机器人孵化企业WillowGarage合作设计的开源机器人编程框架，项目的初衷是为实验室研究人员提供进行机器人科学研究所需的工具。
随着ROS逐渐走出实验室，尤其是ROS2的升级，使其在区分不同数据流、实时计算、安全性等方面都得到了重要的提升，ROS已发展成主流的机器人操作系统之一。
包括ClearPath、Rethink、Unbounded、Neurala、BlueRiver等机器人创企都采用该系统。
机器人开发门槛降低的另一面是机器人产业链的成熟。
近年来，机器人上游的AI芯片、伺服电机、机密减速器、传感器和功能零部件等底层硬件，以及中游的计算机视觉、语音识别/交互、机器学习等技术得到了重要发展。
例如英伟达在2019年推出的NVIDIADRIVEAGXOrin。
不过据中商产业研究院数据，现阶段我国85%的减速器市场、90%的伺服电机市场、80%以上的控制系统市场都被海外企业牢牢占据。
这意味着我国四足机器人行业的上游核心零部件国产化进程，还有很长的路要走。
整体来看，CheetahMini核心技术和ROS的开源，以及智能机器人产业链的逐步发展和成熟，大大降低了新玩家入局四足机器人赛道的门槛。
其中，小米“铁蛋”机器人的核心算法正是基于CheetahMini和ROS2研发而来。
值得一提的是，据业内供应链人士透露，尽管一台小米“铁蛋”仅售价9999元，但其成本约达5万元左右，意味着卖一台就亏4万。
04
四足机器人的未来应用前景
据波士顿咨询公司2021年7月发布的最新数据：
预计到2030年，全球机器人市场规模最高将达2600亿美元，比2020年全球机器人市场的250亿美元规模，直接翻了10倍以上。
其中，由仿生机器人催生的全球专业服务机器人市场规模，也预计高达1700亿美元。
尽管关于更细分的四足机器人市场没有详细数据，但以当下行业发展趋势来看，未来四足机器人的落地前景十分广泛。
目前看来，四足机器人在和toB端和toC都有着不同的发展方向。
面向ToB端，四足机器人能够适应不同复杂地形、天气的高机动性和灵活性，能够替代人类在许多特殊或高危环境中完成工作。
在农业、工业领域，以及特定的安防巡检、勘测探索、公共救援、军警等场景有着巨大的应用潜力，是其诞生以来主要的应用方向。
例如早期波士顿动力的BigDog就曾尝试和士兵演习上战场；
云深处开发的工业级防水级四足机器人能负责变电站、电网、炼化厂区的日常巡检与监测。
面向ToC端，四足机器人具备的计算机视觉和智能交互特性，让它有机会成为个人和家庭智能服务场景中新的增长方向。
不过，这个应用方向比toB方向的商业化探索更为早期，是国内不少四足机器人企业正在思考和发展的方向。
在个人户外场景，宇树科技推出的Go1机器人就主打户外跟随陪伴。
能够跟随用户跑步、逛超市，成为用户个人生活中的得力助手。
在家庭场景，德鲁动力的四足机器人则主打高端家庭陪伴。
该公司给出的玩法十分多元化，其机器狗既能够当作家庭宠物陪用户晨跑、散步、出行、逛街；
凭借其内置的多传感器，机器狗还能随时监控用户的身体健康数据、陪用户玩耍、在家巡逻等，甚至还能下载教育类APP和孩子交互学习等。
其中针对智能家居赛道，四足机器人也许能成为新的智能家居控制中枢，给智能家居生态的发展带来更大的想象空间。
虽然四足机器人在个人消费场景中还不是刚需，甚至其不少功能设置在当下人们生活中是有些“鸡肋”的存在，功能的可替代性较强。
但四足机器人作为一个早期新兴行业，各家公司在商业化落地的过程中也给我们展示了许多想象的空间和可能性。
相信随着技术和市场的不断成熟发展，四足机器人能给我们带来更多出乎意料的惊喜。
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