1、四足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)日漸成熟，多個(gè)場(chǎng)景商業(yè)化進(jìn)程加速
四足機(jī)器人是一種仿生腿足式機(jī)器人，設(shè)計(jì)思路是模仿動(dòng)物（如狗、貓、馬等）四肢結(jié)構(gòu)和行走方式，通過(guò)高度復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和精密的控制算法，同時(shí)配備多類(lèi)型的傳感器、驅(qū)動(dòng)器、控制系統(tǒng)等，使其具備極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，能夠在多種復(fù)雜地形中穩(wěn)定行走和執(zhí)行任務(wù)。
四足機(jī)器人具備穩(wěn)定性、靈活性、承載能力、自助導(dǎo)航能力等多重優(yōu)點(diǎn)，因此在各種復(fù)雜環(huán)境中展現(xiàn)出強(qiáng)大的適應(yīng)性。
（1）穩(wěn)定性：四足機(jī)器人的穩(wěn)定性主要得益于其四足設(shè)計(jì)，這為機(jī)器人提供了一個(gè)寬闊的支撐基礎(chǔ)，使其能夠在不平坦或不穩(wěn)定的地面上保持平衡。機(jī)器狗需要在樓梯、碎石地和斜坡等復(fù)雜地形上都能穩(wěn)定行走，即使在受到外力推擠時(shí)也能迅速恢復(fù)平衡，這在建筑工地監(jiān)測(cè)或石油管道巡檢等需要在不穩(wěn)定地形上操作的場(chǎng)景中尤為重要。
（2）靈活性：四足機(jī)器人的腿部具備獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力，允許機(jī)器人以多種步態(tài)適應(yīng)不同的環(huán)境和任務(wù)需求。四足機(jī)器狗能夠通過(guò)調(diào)整步長(zhǎng)和步速，以適應(yīng)不同的速度和方向變化，甚至在必要時(shí)進(jìn)行跳躍或爬行，這使得它能夠在狹窄或障礙物眾多的空間中靈活導(dǎo)航，如在廢墟搜索和救援任務(wù)中避開(kāi)障礙物，或在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行探索。
（3）承載能力：承載能力是機(jī)器人具備功能性和實(shí)用性的關(guān)鍵要素之一。由于四足機(jī)器人擁有堅(jiān)固的框架和腿部結(jié)構(gòu)，有四個(gè)支撐點(diǎn)均勻地分布負(fù)載，減少對(duì)單個(gè)腿部的壓力，它們能夠根據(jù)負(fù)載的重量和形狀調(diào)整步態(tài)和平衡，以確保在不同負(fù)載下都能穩(wěn)定行走。
（4）續(xù)航能力：四足機(jī)器人的續(xù)航能力得益于高效的能源系統(tǒng)；此外，相比雙足機(jī)構(gòu)，四足結(jié)構(gòu)本身具備穩(wěn)定性，不需要為了維持平衡產(chǎn)生額外的能量消耗。隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，四足機(jī)器人的續(xù)航能力已經(jīng)大幅提升：宇樹(shù)科技四足機(jī)器狗 B2 的綜合運(yùn)行續(xù)航 4-6小時(shí)，空載持續(xù)行走>5h，續(xù)航里程>20km；20kg 負(fù)載持續(xù)行走>4h，續(xù)航里程>15km。
（5）自主導(dǎo)航能力：四足機(jī)器人的自主導(dǎo)航能力是通過(guò)集成多種傳感器，如激光雷達(dá)、攝像頭和紅外傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些傳感器共同工作使得機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)感知周?chē)h(huán)境、識(shí)別障礙物，并規(guī)劃出最優(yōu)路徑。同時(shí)，它可以用 SLAM 技術(shù)進(jìn)行自我定位和環(huán)境地圖構(gòu)建，以及運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，不斷優(yōu)化導(dǎo)航策略，在沒(méi)有人類(lèi)干預(yù)的情況下規(guī)劃路徑和避障，減少了對(duì)人工操作的依賴。
四足機(jī)器人優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)
| 優(yōu)勢(shì) | 技術(shù)支撐 |
| 穩(wěn)定性 | 四足設(shè)計(jì)為機(jī)器人提供了一個(gè)寬闊的支撐基礎(chǔ)，使其能夠在不平坦或不穩(wěn)定的地面上保持平衡 |
| 靈活性 | 腿部的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)能力允許機(jī)器人以多種步態(tài)適應(yīng)不同的環(huán)境和任務(wù)需求 |
| 承載能力 | 四足機(jī)器人擁有堅(jiān)固的框架和腿部結(jié)構(gòu)，有四個(gè)支撐點(diǎn)均勻地分布負(fù)載，減少對(duì)單個(gè)腿部的壓力，能夠根據(jù)負(fù)載的重量和形狀調(diào)整步態(tài)和平衡 |
| 自主導(dǎo)航能力 | 通過(guò)集成多種傳感器，如激光雷達(dá)、攝像頭和紅外傳感器等實(shí)現(xiàn)，這些傳感器共同工作使得機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)感知周?chē)h(huán)境、識(shí)別障礙物，并規(guī)劃出最優(yōu)路徑。同時(shí)，它們可以 SLAM 技術(shù)進(jìn)行自我定位和環(huán)境地圖構(gòu)建，在沒(méi)有人類(lèi)干預(yù)的情況下規(guī)劃路徑和避障，減少了對(duì)人工操作的依賴 |
| 低噪音低干擾 | 四足機(jī)器人的行走機(jī)制模仿動(dòng)物的自然步態(tài)，減少了與地面的摩擦和沖擊，降低了噪音水平；四足機(jī)器人在行走時(shí)對(duì)地面的壓力和損害較小，減少了對(duì)敏感區(qū)域如考古現(xiàn)場(chǎng)和自然環(huán)境的干擾 |
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從學(xué)術(shù)研究到商業(yè)化應(yīng)用，四足機(jī)器人已有超過(guò) 60 年的發(fā)展歷程。
1、理論研究和原型機(jī)階段（1960s-2000s）
20 世紀(jì) 60 年代，McGhee 研制了世界上第一臺(tái)四足機(jī)器人——“PhonyPony”。20 世紀(jì) 80 年代，MIT Leg-Lab 開(kāi)展了腿足動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)控制研究，為后續(xù)波士頓動(dòng)力公司的四足機(jī)器人開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
2、技術(shù)研究和進(jìn)步階段（2000s-2015年）
2005 年，美國(guó)波士頓動(dòng)力公司推出的 BigDog 是四足機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，采用伺服液壓缸作為其腿部的驅(qū)動(dòng)器，為負(fù)重型四足機(jī)器人的研制提供了新思路。隨后，2012 年，波士頓動(dòng)力公司推出了 LS3，進(jìn)一步改進(jìn)了身體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了更大的負(fù)載能力。2012年 MIT 研制了全電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四足機(jī)器人 Cheetah，該機(jī)器人通過(guò)力矩電機(jī)的反驅(qū)作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面碰撞能量的回收，具有極高的能量利用率。
3、應(yīng)用嘗試與技術(shù)突破階段（2015 年之后）
2016 年，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院推出新一代四足機(jī)器人 ANYmal，該機(jī)器人被設(shè)計(jì)用于惡劣環(huán)境的自主作業(yè)，能夠自主規(guī)劃導(dǎo)航路徑并且合理選取落腳點(diǎn)，已被應(yīng)用于油氣站的工業(yè)檢測(cè)。2020 年，波士頓動(dòng)力正式銷(xiāo)售 Spot 四足機(jī)器人（2015 年發(fā)布），用于商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域。
國(guó)內(nèi)在商業(yè)化應(yīng)用階段實(shí)現(xiàn)了對(duì)海外的追趕和超越。目前已有規(guī)?；瘧?yīng)用的典型代表宇樹(shù)科技、云深處科技分別成立于 2016 年、2017 年，其中宇樹(shù)科技分別于2022 年 6 月、2023 年 12 月推出工業(yè)級(jí)機(jī)器狗 B1 和 B2；云深處分別于 2019 年 12 月、2021 年 6 月、2023 年 10 月推出針對(duì)行業(yè)應(yīng)用的四足機(jī)器人絕影X10、X20、X30。2022 年之后，小米、騰訊、小鵬等跨界企業(yè)亦開(kāi)始推出四足機(jī)器人產(chǎn)品。
根據(jù)腿部驅(qū)動(dòng)方式，四足機(jī)器人可分為液壓驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電液復(fù)合驅(qū)動(dòng)四足機(jī)器人。隨著驅(qū)動(dòng)和電機(jī)技術(shù)的日益成熟，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的四足機(jī)器人成本快速降低，在大多數(shù)消費(fèi)類(lèi)和工業(yè)場(chǎng)景都可以適用，因此目前電機(jī)驅(qū)動(dòng)成為四足機(jī)器人的主流技術(shù)路線。
四足機(jī)器人技術(shù)路線優(yōu)缺點(diǎn)
| 腿部驅(qū)動(dòng)方式 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
| 液壓驅(qū)動(dòng) | 很高的功率/密度比、高帶寬、快速響應(yīng)、較大的力和扭矩 | 能耗大、效率低、噪音大 |
| 電機(jī)驅(qū)動(dòng) | 響應(yīng)速度快、控制精度高、能耗相對(duì)較低、工作噪聲小 | 承載能力差、功率密度小 |
| 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) | 制造成本低、設(shè)計(jì)輕、靈活性好、環(huán)保 | 難以實(shí)現(xiàn)高精度控制和低能耗，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景較少 |
| 電液復(fù)合驅(qū)動(dòng) | 結(jié)合了電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，適用于需要高功率輸出、快速響應(yīng)以及強(qiáng)大動(dòng)態(tài)性能的場(chǎng)景，面對(duì)惡劣環(huán)境時(shí)表現(xiàn)出更好的耐受性 | 成本更高、維護(hù)復(fù)雜 |
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四足機(jī)器人相比輪式和履帶式機(jī)器人，具有優(yōu)異的越障能力，可以輕松穿越樓梯、碎石、狹窄空間等復(fù)雜地形，因此在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。四足機(jī)器人逐漸應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，如海上變電站、鉆井平臺(tái)、建筑工地、智慧工廠、應(yīng)急消防等各種場(chǎng)景，其商業(yè)化進(jìn)程不斷加速。
四足機(jī)器人的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用案例
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 現(xiàn)實(shí)應(yīng)用 |
| 軍事和國(guó)防領(lǐng)域 | 波士頓動(dòng)力的 Spot 機(jī)器人，被美國(guó)軍方用于測(cè)試和評(píng)估，執(zhí)行偵察監(jiān)視任務(wù)，以及在潛在的危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行探測(cè)排爆 |
| 搜索和救援行動(dòng) | 中國(guó)的“赤兔”四足機(jī)器人在地震和其他災(zāi)害響應(yīng)中，用于進(jìn)入廢墟和狹窄空間，幫助救援人員評(píng)估結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和尋找幸存者。內(nèi)蒙古模擬天然氣管道泄露爆炸，使用機(jī)器狗應(yīng)用到偵測(cè)、拋投、滅火等領(lǐng)域，探索無(wú)人化作戰(zhàn)模式，提升隊(duì)伍救援無(wú)人化、科技化水平 |
| 工業(yè)檢查和維護(hù)工作 | 法國(guó)的 Robosoft 的 Cestus 機(jī)器人，用于核電站的常規(guī)檢查，包括管道和容器的內(nèi)部檢查，減少輻射暴露風(fēng)險(xiǎn)。荊州市荊州區(qū) 220kV 紀(jì)南變電站，保障設(shè)備安全健康運(yùn)行。機(jī)器狗替代了人工巡視，減輕了人工巡視的勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了巡檢質(zhì)效 |
| 物流和配送領(lǐng)域 | 杭州宇樹(shù)科技開(kāi)發(fā)的工業(yè)級(jí)四足機(jī)器人 UnitreeB2 參與了泰山景區(qū)的垃圾清運(yùn)測(cè)試。這些機(jī)器狗能夠背負(fù)重物，攀爬巖石和陡峭的環(huán)境，內(nèi)置的深度相機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周?chē)?，確保每一步都安全穩(wěn)健 |
| 環(huán)境監(jiān)測(cè) | 2024 年 6 月，深圳市可飛科技有限公司推出一款全新的環(huán)境監(jiān)測(cè)工具——靈嗅 P1-X 機(jī)器狗，可實(shí)時(shí)采集和傳輸環(huán)境數(shù)據(jù)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供更加全面、高效的解決方案 |
| 建筑測(cè)繪 | 2023 年 2 月，云深處與天寶耐特聯(lián)合對(duì)四足機(jī)器人在測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用展開(kāi)全面測(cè)試，探索絕影 X20 四足機(jī)器人搭載實(shí)景復(fù)制、GNSS 等測(cè)繪技術(shù)的協(xié)同作業(yè)，以期在未來(lái)協(xié)助或代替人工在復(fù)雜高危地形、惡劣天氣、應(yīng)急救援中執(zhí)行高精度測(cè)繪任務(wù) |
| 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 | 2024 年 11 月 12 日，在浙江省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新成果展上，由宇樹(shù)科技與浙江理工大學(xué)共同研發(fā)的農(nóng)業(yè)四足機(jī)器人亮相，該機(jī)器人專攻丘陵等復(fù)雜地形下的采摘工作，移動(dòng)狀態(tài)下最大能夠載重 20 公斤 |
| 家庭服務(wù) | 2024 年 10 月，在 2024 中國(guó)移動(dòng)全球合作伙伴大會(huì)上，中國(guó)移動(dòng)展示了主打溫馨陪伴的小狗機(jī)器人 |
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2、國(guó)內(nèi)企業(yè)引領(lǐng)全球四足機(jī)器人發(fā)展，僅現(xiàn)有場(chǎng)景下需求即可迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)
算法層面的突破、人工智能的賦能、硬件的成熟和成本的逐漸下降，使得四足機(jī)器人的下游應(yīng)用持續(xù)拓展。智聯(lián)汽車(chē)、工業(yè)機(jī)器人的長(zhǎng)期發(fā)展，以及近期人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)端的大力投入，帶動(dòng)了四足機(jī)器人上游零部件（電機(jī)、減速器、激光雷達(dá)、深度相機(jī)、傳感器、芯片、IMU、電池等）、中游本體制造和具身智能大模型，模擬仿真等軟件技術(shù)的突破。在這一過(guò)程中，偏向行業(yè)應(yīng)用的四足機(jī)器人取得了長(zhǎng)足發(fā)展。除了制造業(yè)，能源、電力、石化、特殊行業(yè)等領(lǐng)域?qū)V泛出現(xiàn)機(jī)器人的應(yīng)用。
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近年來(lái)，人工智能賦能后四足機(jī)器人的市場(chǎng)前景更加廣闊。在政策和資本的支持之下，全球范圍內(nèi)布局四足機(jī)器人市場(chǎng)的企業(yè)和機(jī)構(gòu)數(shù)量持續(xù)增加，市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)。
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)四足機(jī)器人行業(yè)現(xiàn)狀深度研究與發(fā)展前景分析報(bào)告（2025-2032年）》顯示，目前全球范圍內(nèi)對(duì)外銷(xiāo)售的四足機(jī)器人廠商主要包括波士頓動(dòng)力、ANYbotics、宇樹(shù)科技、小米、云深處科技、蔚藍(lán)智能、聯(lián)想晨星、哈崎機(jī)器人、德魯動(dòng)力、優(yōu)寶特、七騰機(jī)器人等。
全球四足機(jī)器人市場(chǎng)主要由內(nèi)資廠商主導(dǎo)，根據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)，2023年宇數(shù)科技四足機(jī)器人全球市占率達(dá)到40.65%，以較大領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)位居規(guī)模份額第一，在技術(shù)創(chuàng)新、成本控制和本土市場(chǎng)適應(yīng)性方面表現(xiàn)出色；波士頓動(dòng)力以其先進(jìn)的技術(shù)實(shí)力和行業(yè)解決方案著稱，產(chǎn)品主要面向工業(yè)、軍事、救援等專業(yè)領(lǐng)域，強(qiáng)調(diào)高性能、高穩(wěn)定性和強(qiáng)大的作業(yè)能力；云深處科技在行業(yè)應(yīng)用方面具備優(yōu)勢(shì)；蔚藍(lán)智能聚焦消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)；瑞士 ANYbotics 推出防爆四足機(jī)器人后，取得石油、天然氣和化工行業(yè)的訂單。
從行業(yè)空間來(lái)看，如果僅考慮當(dāng)前四足機(jī)器人的主要應(yīng)用場(chǎng)景，包括電力巡檢、應(yīng)急救援、國(guó)防軍用和石油化工的需求量，到2030年國(guó)內(nèi)四足機(jī)器人的潛在需求數(shù)量為 95.6 萬(wàn)臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模為 5172 億元。未來(lái)隨著四足機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步拓寬，潛在市場(chǎng)空間只會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。
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