具身智能浪潮下《人形機(jī)器人分類分級》標(biāo)準(zhǔn)的深度剖析與領(lǐng)航路徑

In-depth Analysis and Pilot Path of the Standard Classification and grading of humanoid robots under the Wave of Embodied Intelligence

SHEN Rong-gang LIUYu-fei LI Qing-zhan LINXue-qin HUANGMei （Humanoid Robot Co.，Ltd.， Shanghai）

Abstract：Asan important branch in the field ofrobotics，the application scenarios ofhumanoid robots are becoming increasinglyextensiveinthecontextofthedevelopmentof embodied intelligence technology.Thispaperdiscuses the clasificationandgradingmethodofhumanoidrobots，putsforwardrelevantbasicdefinitionsbasedonthekeytechnologiesof humanoidrobots，andprovidescomprehensivetheoreticalsupportfortheresearchanddevelopment，production，plcation andmarketingofhumanoidrobotsbyelaboratingontheclasificationmethod，gradingelements，gradedivision，andtechical requirementsof each grade.The featuresandapplicationadvantagesof diferent gradesof humanoid robots are briefly demonstrated in combination with analysis on practical cases.

Keywords：humanoid robot，classification，grading，embodied intelligence，applicationscenarios

0 引言

作為集人工智能、高端制造、新材料等先進(jìn)技術(shù)于一體的人形機(jī)器人，在研發(fā)投入、創(chuàng)新活躍度、應(yīng)用廣泛性以及輻射帶動作用方面均占據(jù)重要地位。近年來人形機(jī)器人在大語言模型（largelanguagemodel，LLM）技術(shù)的驅(qū)動下迎來快速發(fā)展。國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）預(yù)計(jì)，全球人形機(jī)器人市場規(guī)模有望每年保持 20% 左右的增速?！度诵螜C(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》顯示，2024年，中國人形機(jī)器人市場規(guī)模約27.6億元人民幣，到2029年將達(dá)750億元，占世界總量的 32.7% 。

伴隨人形機(jī)器人的急速發(fā)展，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化研究基本還處在空白待探索的階段。人形機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化研究在國內(nèi)外均屬于前沿領(lǐng)域，存在諸多待解決的問題：人形機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化組織匱乏，公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)化體系缺失等。人形機(jī)器人由于與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等在技術(shù)路線上存在差異，在設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造到銷售應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)中都缺乏可以完全參考的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，急需基礎(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)一語言、明確方向。國家高度重視人形機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展和治理工作。2023年10月，工業(yè)和信息化部印發(fā)的《人形機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展指導(dǎo)意見》明確提出，開展人形機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化路線圖研究，全面梳理產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)化需求，建立健全人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，分級分類推動標(biāo)準(zhǔn)制定。

本文圍繞人形機(jī)器人的分類分級研究，首先以人形機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，提出明確的人形機(jī)器人的定義，梳理出分類方法，并對人形機(jī)器人進(jìn)行分級評價(jià)，為促進(jìn)人形機(jī)器人行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展提供參考。

1人形機(jī)器人的定義與分類

1.1人形機(jī)器人的定義

人形機(jī)器人目前并無清晰且在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界廣泛運(yùn)用的定義。在GB/T12643—2013《機(jī)器人與機(jī)器人裝備詞匯》中，仿人機(jī)器人（anthropomorphicrobot）被定義為具有軀干、頭和四肢，外觀和動作與人類相似的機(jī)器人。仿人機(jī)器人的定義側(cè)重于外觀層面，而忽略智能相關(guān)的內(nèi)容。人形機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)包含本體能力、運(yùn)動能力、智能能力等2]，其能力突破依賴于具身智能（embodiedAI）。具身智能是人工智能、機(jī)器人學(xué)、認(rèn)知科學(xué)的交叉領(lǐng)域主要研究如何使機(jī)器人具備類似人類的感知、認(rèn)知、決策和行為能力3。因此，可以提出人形機(jī)器人

（humanoidrobot）的定義：具有類似于人的軀干、頭部、四肢和關(guān)節(jié)，外觀和動作與人類相似，基于通用具身智能來實(shí)現(xiàn)感知、認(rèn)知、決策、執(zhí)行等能力的機(jī)器人。

在對人形機(jī)器人進(jìn)行了明確定義后，同樣需要將其與其他機(jī)器人進(jìn)行區(qū)分。具有部分類似于人的外觀或能夠?qū)崿F(xiàn)感知、認(rèn)知、決策、執(zhí)行中部分能力的機(jī)器人可以稱之為泛人形機(jī)器人（pan-humanoidrobot），而其他不具備類似人的外觀，基于特定任務(wù)需求設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以統(tǒng)稱為非人形機(jī)器人（non-humanoid robot）。

1.2分類方法

人形機(jī)器人分類應(yīng)遵循系統(tǒng)性、獨(dú)立性和完整性原則。系統(tǒng)性要求從多個維度進(jìn)行考量，確保分類體系能夠全面反映人形機(jī)器人的各種特征；獨(dú)立性確保各分類維度之間互不干擾、界限清晰，避免重復(fù)分類；完整性則強(qiáng)調(diào)分類應(yīng)涵蓋現(xiàn)有的人形機(jī)器人產(chǎn)品及未來可能出現(xiàn)的各類形態(tài)和功能的機(jī)器人。

根據(jù)本文提出的人形機(jī)器人基礎(chǔ)定義，可以通過外觀結(jié)構(gòu)和智能模型兩方面區(qū)分人形機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)品。外觀結(jié)構(gòu)層面可以分為人形結(jié)構(gòu)、類人形結(jié)構(gòu)、非人形結(jié)構(gòu)。其中，人形結(jié)構(gòu)的機(jī)器人高度模仿人類的身體結(jié)構(gòu)，包括頭部、軀干、四肢及關(guān)節(jié)等，且外形比例和動作姿態(tài)與人類極為相似。類人形結(jié)構(gòu)具有部分人類身體特征，如僅具備上肢或下肢的仿人結(jié)構(gòu)，或者頭部具有人類特征但驅(qū)干和四肢結(jié)構(gòu)簡化。非人形結(jié)構(gòu)的機(jī)器人不具備人類外觀的特征，其結(jié)構(gòu)外觀完全根據(jù)特定任務(wù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。智能模型層面可以分為通用人工智能和狹義人工智能。通用人工智能具備與人類同等智能或超越人類的人工智能。通用人工智能機(jī)器人具備強(qiáng)大的學(xué)習(xí)、推理和適應(yīng)能力，能夠理解和處理復(fù)雜的任務(wù)和環(huán)境信息，表現(xiàn)出正常人類所具有的所有智能行為。狹義人工智能是實(shí)現(xiàn)部分思維的人工智能，僅專注于某項(xiàng)特定任務(wù)，例如記憶或感知事物、解決簡單問題。

2 人形機(jī)器人的分級方法

2.1分級要素

基于人形機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，人形機(jī)器人按照具身智能、運(yùn)動控制領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展程度進(jìn)行分級，從1級至4級逐步提升。不同級別的人形機(jī)器人能夠適應(yīng)不同的環(huán)境類型，從固化環(huán)境、結(jié)構(gòu)化環(huán)境、開發(fā)環(huán)境到動態(tài)環(huán)境，對機(jī)器人的自主性和適應(yīng)性要求逐漸提高。

具身智能體現(xiàn)機(jī)器人通過物理實(shí)體與環(huán)境實(shí)時交互，實(shí)現(xiàn)感知、認(rèn)知、決策和行動的自主學(xué)習(xí)能力。具身智能水平越高，機(jī)器人對環(huán)境的理解和適應(yīng)能力越強(qiáng)。運(yùn)動控制能力包含下肢運(yùn)動能力和上肢作業(yè)能力。下肢運(yùn)動能力可以從步態(tài)穩(wěn)定性、運(yùn)動速度、靈活性和對復(fù)雜地形的適應(yīng)性等方面進(jìn)行評價(jià)。上肢作業(yè)能力則包含操作精度、力量控制、靈巧性和多任務(wù)處理能力等。

2.2等級劃分及技術(shù)要求

1級技術(shù)等級人形機(jī)器人具備在固化環(huán)境中進(jìn)行具身智能基礎(chǔ)應(yīng)用的能力，如簡單人機(jī)交互、節(jié)律性步態(tài)行走、側(cè)向抗大擾動與動態(tài)步態(tài)調(diào)節(jié)、復(fù)雜全身行為規(guī)劃以及感知-位置控制一體化抓取。這一級別的機(jī)器人適用于環(huán)境相對穩(wěn)定、任務(wù)相對簡單的場景，如一些工業(yè)生產(chǎn)中的重復(fù)性勞動。2級技術(shù)等級人形機(jī)器人在結(jié)構(gòu)化環(huán)境中實(shí)現(xiàn)具身智能有條件應(yīng)用，具備環(huán)境感知信息驅(qū)動下的越障范式演化能力、感知-力位控制一體化下的類人靈巧抓取和固定工位臂手協(xié)同操作能力，同時擁有感知-決策-規(guī)劃一體化的通用大模型，能夠?qū)崿F(xiàn)并行訓(xùn)練仿真及數(shù)據(jù)規(guī)?；?。3級技術(shù)等級人形機(jī)器人在一定程度上能夠適應(yīng)環(huán)境變化，處理較為復(fù)雜的任務(wù)。在開放環(huán)境中進(jìn)行具身智能高程度應(yīng)用，具有強(qiáng)對標(biāo)人類的高仿生步態(tài)行為與抗擾動自適應(yīng)能力、感知-決策-力位控制一體化下的類人靈巧抓取以及不同環(huán)境和任務(wù)下的快速自適應(yīng)作業(yè)能力，其感知-決策-規(guī)劃融合的通用大模型支持復(fù)雜環(huán)境下的自主學(xué)習(xí)訓(xùn)練與智能發(fā)育。這一級別的機(jī)器人能夠在較為復(fù)雜和多變的環(huán)境中自主運(yùn)行，完成多種任務(wù)。4級技術(shù)等級人形機(jī)器人在動態(tài)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)具身智能完全應(yīng)用，具備大規(guī)模數(shù)據(jù)集管理和云邊端一體計(jì)算架構(gòu)，擁有多模態(tài)感知與環(huán)境建模、大模型驅(qū)動下多樣化行為生成與平滑切換能力、多模態(tài)人機(jī)混合行為映射與操控能力，以及剛?cè)狁詈?、高緊湊仿生上肢結(jié)構(gòu)及靈巧手操作和類人靈巧操作與人機(jī)協(xié)作能力。這一級別的機(jī)器人代表了人形機(jī)器人技術(shù)的最高水平，能夠在高度復(fù)雜和動態(tài)變化的環(huán)境中與人類協(xié)同工作。

3 案例分析

3.1不同等級人形機(jī)器人在工業(yè)制造中的應(yīng)用

在汽車制造工廠，1級人形機(jī)器人可用于簡單的零部件搬運(yùn)，如將汽車座椅從生產(chǎn)線的一端搬運(yùn)到另一端。其固定的運(yùn)動路徑和簡單的抓取動作能夠滿足基礎(chǔ)生產(chǎn)需求，但靈活性較低。2級人形機(jī)器人則可承擔(dān)一些裝配線上的輔助工作，如安裝小型零部件，通過視覺識別系統(tǒng)確保零部件的準(zhǔn)確安裝位置。3級人形機(jī)器人能夠在復(fù)雜的車間環(huán)境中自主導(dǎo)航，根據(jù)生產(chǎn)需求靈活調(diào)整任務(wù)，如協(xié)助工人進(jìn)行汽車發(fā)動機(jī)的組裝，其高精度的操作能力和環(huán)境適應(yīng)能力提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。4級人形機(jī)器人有望實(shí)現(xiàn)對整個汽車制造過程的智能監(jiān)控和優(yōu)化，能夠快速診斷和修復(fù)生產(chǎn)線上的故障，與工人進(jìn)行高效協(xié)作，推動汽車制造向智能化、柔性化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。

3.2不同等級人形機(jī)器人在醫(yī)療保健中的應(yīng)用

在康復(fù)治療中，1級人形機(jī)器人可以為患者提供簡單的肢體運(yùn)動輔助，如引導(dǎo)患者進(jìn)行關(guān)節(jié)活動度訓(xùn)練，但其功能相對單一，缺乏個性化的康復(fù)方案制定能力。2級人形機(jī)器人能夠根據(jù)患者的康復(fù)數(shù)據(jù)調(diào)整訓(xùn)練模式，通過語音提示和簡單的互動鼓勵患者積極參與康復(fù)訓(xùn)練。3級人形機(jī)器人在康復(fù)治療中的應(yīng)用更加廣泛，如在步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練中，機(jī)器人可以實(shí)時監(jiān)測患者的步態(tài)參數(shù)，根據(jù)患者的身體狀況和康復(fù)進(jìn)展提供個性化的訓(xùn)練方案，通過模擬真實(shí)的行走場景，幫助患者恢復(fù)正常步態(tài)。4級人形機(jī)器人可能具備更加智能的康復(fù)評估和治療能力，能夠通過多模態(tài)感知患者的生理和心理狀態(tài)，結(jié)合先進(jìn)的人工智能算法制定最優(yōu)化的康復(fù)計(jì)劃，甚至可以在遠(yuǎn)程醫(yī)療場景中為患者提供實(shí)時的康復(fù)指導(dǎo)和監(jiān)督，打破時間和空間的限制，使優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療資源惠及更多患者。

4結(jié)語

人形機(jī)器人的分類分級方法為人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提供了可參考的技術(shù)框架和發(fā)展路徑。通過準(zhǔn)確分類，能夠更好地理解不同類型人形機(jī)器人的特點(diǎn)和應(yīng)用場景；基于合理分級，可明確各階段人形機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域。這有助于提高人形機(jī)器人的研發(fā)效率，促進(jìn)其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，推動產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。人形機(jī)器人技術(shù)將不斷創(chuàng)新和突破。隨著人工智能、材料科學(xué)、機(jī)械工程等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，人形機(jī)器人有望在以下方面取得進(jìn)展：通用人工智能技術(shù)的逐步成熟將使機(jī)器人具備更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能交互；下肢運(yùn)動能力將進(jìn)一步提升，機(jī)器人可在更復(fù)雜的地形中高效移動；上肢作業(yè)的精度和靈巧性將不斷提高，拓展更多復(fù)雜操作任務(wù)的應(yīng)用范圍；多模態(tài)交互與人機(jī)協(xié)作將更加自然流暢，機(jī)器人與人類的合作將更加緊密。人形機(jī)器人將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類社會帶來更多的便利和價(jià)值。

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[3]SMITHL，GASSERM.Thedevelopmento fembodiedcognition：six lessons frombabies[J].ArtificialLife，2005，11（1-2）： 13-29.

作者簡介

沈榮港，碩士，工程師，研究方向?yàn)橹悄軝C(jī)器人技術(shù)。

劉宇飛，博士，副研究員，研究方向?yàn)橹悄軝C(jī)器人技術(shù)。

李慶展，博士，高級工程師，研究方向?yàn)橹悄軝C(jī)器人技術(shù)。

林雪琴，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化。

黃媚，工程碩士，工程師，研究方向?yàn)橹悄軝C(jī)器人產(chǎn)業(yè)與市場拓展。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）