开普勒：人形机器人重在先落地

ROBOT INDUSTRY

人形机器人的商业化是业内公认的难题，上海开普勒探索机器人有限公司通过自研行星滚柱丝杠和“星云”软件操作系统，走出了一条“先落地，再通用”的道路。

近期，人形机器人引发了全球范围内的新兴技术热潮，被业内誉为一次革命性的浪潮，人们对于其发展前景充满了无尽的期许和好奇。

上海开普勒探索机器人有限公司（以下简称“开普勒”）成立于2023年，是一家专注于通用人形机器人研发、生产和应用生态的高科技创新企业。为智能制造、仓储物流、智慧巡检、安保巡逻、高危作业、商业服务、科研教育等行业提供智能自动化解决方案，远期更可进入家庭提供各类服务。

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自主研发，人形机器人虽难但值得

当前，人形机器人市场涌现出大量优秀的初创企业，更多通用的、仿生的人形机器人出现在了大众的眼前。开普勒CEO胡德波认为，“通用”是人形机器人的核心价值，“仿生”指代的是对人体形态的模仿。在实际应用场景也对人形机器人提出了基本的、硬性的要求，包括身高与人相似，同时，需要人形机器人具有较强的负载能力和灵巧操作的能力。

图1 开普勒自研智能灵巧手

以开普勒人形机器人为例，其TrueBionic真仿生本体架构最大的特色在于，采用行星滚柱丝杠直线执行器、旋转执行器及触觉灵巧手高度模拟人的运动机理和作业方式。开普勒在人形机器人的大小臂、大小腿位置，都巧妙地放置了行星滚柱丝杠执行器，以此模拟肌肉群的运动方式。旋转关节则分布在肩部、髋部和腰部，这些设计使得机器人的运动结构与真实人体的运动结构高度相似。TrueBionic真仿生本体架构的应用不仅极大地提升了人形机器人的负载能力，使其能够应对更复杂的任务，而且通过高拟人化的仿生运动，有效地降低了机器人的功耗。

图2 开普勒自研行星滚柱丝杠执行器和旋转型执行器

目前，人形机器人的成本普遍偏高，在一定程度上限制了其实际工作生活场景中的应用。开普勒选择自主研发，垂直整合产业链，降低成本，使得人形机器人价格更低，更易于被广大需求方接受。

行星滚柱丝杠执行器是一个高度集成的机电设备，其内部组件和技术复杂，“开普勒自主研发了三个不同型号的行星滚柱丝杠执行器，在成本控制上性价比更高。”胡德波谈道。与谐波减速器或滚珠丝杠相比，行星滚柱丝杠执行器由于其大接触面的特性，在负载力和寿命方面具有显著优势。开普勒作为全球第二家成功自研多种型号行星滚柱丝杠执行器，并成功应用于机器人本体的企业，经过可靠性和工程化测试，已接近实现量产目标。

开普勒自研“星云”机器人操作系统，基于机器人应用场景与“云-边-端”设计理念，构建面向驱动层、控制层、算法层与应用层的跨平台软件系统，实现机器人本体系统的紧耦合与面向多场景部署的松耦合，提升机器人系统的高实时性与部署的快速性。“星云”系统不仅涵盖了人形机器人的“大脑”，实现机器人对周围环境的感知理解与任务规划；还包含了机器人的“小脑”，实现机器人应激式动作生成及自主移动。算力方面，开普勒人形机器人采用英伟达JetsonOrinNX和X86的控制器组合，前者算力可达100TOPS，满足多种算法模型的并行运算。开普勒构建以客户需求为核心目标的软硬件研发流程与体系，从实验室研发验证、模拟测试到现场部署与测试，每一步都精准对接客户需求。这种端到端的开发模式，使开普勒具有极强的可部署性和可落地性。

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“大模型+人形机器人”，具身智能加速走来

当前，在行业应用与学术研究领域备受推崇的技术路线与方案，便是端到端的多模态大模型在人形机器人通用场景作业操作中的应用。端到端的技术路线，是机器人通过与人的语音交互，结合机器人的多模态感知信息，作为神经网络的输入信息，输出机器人的全身的运动指令，并形成闭环控制，从而赋予人形机器人在面向复杂场景的泛化性、适应性和通用性。人形机器人的稳定性、可靠性、实时性及安全性非常重要，在实际工作场景中，对人形机器人出错的容忍度极低。综合考虑人形机器人需求特性，目前完全端到端的多模态大模型还无法满足人形机器人落地部署的需求，其核心价值更多地体现在环境理解、任务推理和规划上。在人机交互上，采用现有的多模态大模型，将有效地提升对话领域等人机交互的效果。

人形机器人并非需要完全通用才能落地。胡德波谈道，“开普勒的思路是先落地，人形机器人在大量的实际场景中进行应用、测试，收集在多种场景中真机运行数据，结合仿真数据对多模态大模型进行训练，不断地迭代，最终成为‘真’通用人形机器人，走入家庭、商场等泛化的场景。”

图3 开普勒人形机器人进行研发测试

开普勒早期更侧重于人形机器人在特定行业、特定场景下的落地应用。目前，开普勒人形机器人采用端侧具身智能小模型与云端大模型结合的部署方式，通过分层端到端的设计，实现特定任务的高实时性、高准确率、高安全性的自主运动与作业。与完全依赖云端大模型相比，端侧大模型在本地部署，数据私密性强、响应速度快、成本更低。

现阶段，开普勒主要聚焦于蓝领工人的工作场景，包括智能制造和物流仓储等。在部分的工厂场景中，开普勒人形机器人已经接近实现基本的“替人”，主要负责一些结构化、标准化、低节拍的工位，通过不断落地应用，逐步实现非标、高节拍工位的机器人替人。

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聚焦落地，人形机器人迈向大规模部署

目前，人形机器人行业正处在一个量产前的临界点。对人形机器人而言，真正的成功在于产品的可落地性和大规模量产部署的能力。在迈向量产的过程中，必须深思其商业落地的可行性，特别是成本因素。胡德波认为，开普勒不仅要确保技术上的高度成熟，还要追求产品的稳定性、可靠性和一致性，使其达到可量产的标准。同时，只有工程化成本的控制达到优良水平，才能顺利推进小批量量产。开普勒计划在今年年底开启小规模的量产，但目前尚未达到真正意义上批量商用化部署的标准，仍然需要测试、优化和迭代，才能逐步迈向规模化商用生产的水平。

图4 开普勒人形机器人亮相CES2024及WAIC2024

即将问世的开普勒5.0人形机器人，在人形机器人的颈部新增了两个自由度，使头部能够上下左右转动。灵巧手引入MEMS触觉传感器，采用阵列式设计方案，使得手部能够精准感知环境，进行精细操作。在手腕、脚腕等关键位置配置了六维力传感器，在腰部安装了高精度IMU（惯性测量单元）传感器，提升了机器人的整体感知能力、稳定性和安全性。执行器和关节也进行了优化和升级，使机器人的运动更加流畅、自然。设计上采用全新的ID设计，能够完美融入各种落地场景。在保持高性能的同时，实现了全身减重十公斤。开普勒作为人形机器人领域中的一颗新星，正在迅速崭露头角。

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