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具身智能垂直领域应用

国金证券研报指出,具身智能机器人正从通用技术探索走向垂直场景深耕。"大脑"成熟度逐步提升,从LLM+VFM向VLM、VLA持续演进;但通用机器人距离成熟产业化仍有距离,缺数据、推理慢、控制难等问题需通过垂直领域突破解决。服装、康养、物流三大场景有望率先实现产业化落地。本文从技术成熟度、垂直突破路径、场景选择逻辑三维度拆解具身智能落地趋势。

机器人"大脑"技术演进:从LLM到VLA的架构升级

机器人"大脑"核心功能包括实时交互、多模态感知、自主可靠决策、涌现和泛化,需要规模数据集、云边端一体计算架构等多方面技术支撑。产业从最基础的LLM(大语言模型)+VFM(视觉基础模型)架构起步,谷歌SayCan模型即为典型代表,通过预训练技能的价值函数对齐LLM,解决LLM缺乏真实世界经验的问题,使其提出既可行又在情境上合适的行动。随后产业过渡至VLM(视觉语言模型)多模态模型,清华大学Vila算法利用GPT-4V等VLM使机器人能在复杂环境中主动进行任务规划。目前技术正向VLA(视觉语言动作模型)演进,谷歌RT-H模型利用VLM预测语言动作再与运动动作条件匹配,减少高层次任务映射到动作所需训练数据,在多任务数据集上实现更好的数据共享。预训练大模型研究在目标检测、3D语言映射、对象表示、策略学习、任务规划等领域突飞猛进,显著提升了机器人感知、决策、控制能力,打造具身智能落地基础。
表:机器人大模型技术架构演进路径
架构阶段代表模型核心能力
LLM+VFM谷歌SayCan语言理解+视觉特征提取,推理分解任务步骤
VLMGPT-4V、Vila图像+文本多模态输入,复杂环境任务规划
VLA谷歌RT-H、Figure Helix增加运动控制,高层次任务映射为低层次动作

垂直领域三大瓶颈与突破路径

目前的通用机器人距离成熟产业化应用还有一定距离,主要受三大因素制约。其一,真机数据有限,与互联网海量文本和图像数据不同,机器人模型训练可用的3D空间关系、3D规划、3D特征等特定数据很少。其二,大模型推理时间过长,RoboCat推理速度10~20Hz、Gato为20Hz、PaLM-E仅5~6Hz、RT-2为1~3Hz,实时性有较大改善空间,难以满足实际场景需求。其三,运动控制难度较高,人形机器人仅下肢就有14个自由度,双足行走步态优化和鲁棒稳定性研究仍存待解问题。解决这些问题需针对垂直领域场景突破:数据方面通过供应链、机器人企业、用户、政府共同发力实现场景零到一突破,通过机器人部署增加真机数据获取量,加速实现"数据飞轮";推理时间方面通过调优更"小"的垂直领域模型解决,贴合场景应用需求同时匹配边缘算力;运动控制方面不必追求人形形态,仅上肢的具身智能工作站、轮式机器人也有较好应用前景。

垂直场景选择逻辑:渗透率逆向思考+"缺工"导向

潜在场景选择可从两个思路展开。思路一,工业机器人渗透率越低、未来应用前景越大。汽车等标准化程度高的行业已完成自动化升级,剩下塑料化工、食品加工、家电等柔性化程度较高的行业,需利用大模型泛化能力实现自动化。工业机器人基本覆盖全部常见制造业工序,但在较多细分行业覆盖场景和应用深度有限。服务业中仅物流仓储、酒店机器人应用比例较高,其他行业渗透率均较低。在垂直大模型加持下,设备柔性化程度大幅提升,未来将有大量"爆款"场景落地。思路二,从"缺工"角度出发,招工难是终端用户最直接的需求痛点。人力资源社会保障部2022年四季度"最缺工"职业排行显示,除汽车行业外,缺口主要集中在餐厅服务员、家政服务员、保洁员、保安员、养老护理员、缝纫工、快递员等行业。对应三种机器人应用场景:具身智能工作站解决柔性制造业场景(服装)、轮式机器人解决家政/养老护理"缺工"、人形机器人直接对接消费者完成服务。

服装/康养/物流三大潜力场景的技术成熟度

三大场景在技术成熟度和产业推动力方面各有进展。服装行业,缝中环节是服装厂全面自动化瓶颈,布料属于接触丰富型柔性物体,物理交互复杂。但目前帕西尼灵巧手传感器可实现不同布料材质识别,1X世界模型已具备布料折叠长时程任务模拟能力,同济大学SSFold方法可对未见过的布料完成折叠操作。缝制机械领军企业杰克股份牵头联合5所高校攻关服装机器人。康养行业,康养机器人是进入家庭的最优过渡场景,硬件上可先用轮式方案过渡,主要开发上肢操控及人机交互功能。海外1X NEO目标直指家用,国内傅利叶、优必选、亿嘉和切入该赛道,25年5月具身智能康养协同发展机制启动,两部门发文支持试点。物流行业,仓储、传送、分拣环节自动化程度高,但拆零拣选占仓储作业成本40%以上,仍主要依赖人工。全球物流巨头GXO与Digit、Reflex等合作探索,Figure在物流部署Helix后模型性能持续提升,训练数据量和架构优化双轮驱动性能跃升。
点击阅读报告原文: 【国金证券】机器人行业研究:垂直领域具身智能机器人的野望-250617(41页)
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