正文：
这是对美国及西方发出的行动呼吁。我们正处于工业社会非线性变革的初期边缘，但美国所依赖的基础并不稳固。自动化和机器人技术目前正在经历一场革命，这将使所有制造业和关键任务行业实现全面自动化。这些智能机器人系统将是首个并非补充性而是完全增量的工业要素——能够全天候工作，且生产吞吐量高于任何人类——从而使生产规模得以大幅扩张，超越单纯增加人力单位所带来的提升。目前，唯一有能力实现这种程度自动化的国家是中国，如果中国在不被美国跟进的情况下达成这一目标，那么生产规模的扩张将仅惠及中国，这将对美国构成生存威胁，因为美国在各方面都将被中国超越。
这正是中国多年来一直占据主导地位的制造业格局。中国国内拥有全球最具竞争力的经济体之一，在国内自然能够实现规模经济，并且已证明自己是大规模制造领域技能最为娴熟的国家之一。与此同时，中国在多个关键行业的工程技术质量已达到顶尖水平并具备竞争力。这种情况已经在电池、太阳能领域发生，并且在电动汽车领域也正顺利推进。凭借这些规模效应，中国能够为东南亚、拉丁美洲等大型发展中市场提供供应，从而进一步拓展自身优势和影响力。
与之前对战略性产业的掌控相比，这种情况在机器人领域产生的影响将呈指数级增长。届时将是机器人系统制造更多的机器人系统，随着每生产一个单位的产品，成本将持续降低，质量也会不断提高，这只会进一步强化其生产的良性循环。这种循环将无限重复，随着质量的必然提升，其他国家将极难与之竞争。由于机器人技术是一种通用技术，这将对所有制造业领域以及其他目前具有优势的行业（如纺织、电子、消费品等）产生横向影响。
目前，西方国家措手不及：韩国和日本面临出生率危机，这严重制约了它们的制造能力；欧洲的工业部门正被中国挤压，同时又面临能源供应问题；而美国则专注于其他市场并采购廉价的海外产品，与此同时，中国的制造能力不断增强，机器人技术也蓬勃发展。
中国的机器人本地化进程正在稳步推进。本土企业正在抢占全球最大的市场，市场份额接近50%，而2020年这一比例仅为30%。虽然中国制造商目前在低端市场与西方巨头不相上下，但我们对供应链的审查表明，本土企业已开始进军高端市场领域。Unitree的崛起就体现了这一转变：市面上唯一可行的仿人机器人Unitree G1现已完全不依赖美国零部件。
如今，在美国制造一只与Universal Robots UR5e同型号的机械臂的成本约是在中国的2.2倍。然而，实际情况更为严峻。即便这些零部件标注为“美国制造”，它们在很大程度上仍依赖中国制造的零部件和材料——而且没有可行的可扩展替代方案。
无人机、大疆、GoPro，以及迭代速度如何铺就胜利之路
商用无人机市场体现了中国在它所进入的每一个战略行业中所采用的规模/过剩产能策略，不过，这是该策略在机器人相关市场的首个例证。本土领军企业大疆如今占据全球商用无人机市场超过80%的份额……在美国消费市场更是高达90%！虽然该公司是先行者，但得益于中国的制造业优势以及规模/过剩产能策略，它保持并巩固自身市场地位长达十余年。
我们来解释一下原因。要开发出一款功能完备且性能可靠的硬件产品，必须反复快速地进行创作+再创作（即制造），以便在竞争对手之前解决各种问题并完善产品。然而，对西方竞争对手来说，最具挑战性的是，中国市场奖励的是能够最快实现规模化扩张的公司。所以，在中国竞争对手进入西方市场之前，它们在成本上就已经更胜一筹，剩下的就只是在后续迭代中提升质量了。
GoPro尽管大部分产品制造在中国、马来西亚和日本进行，但仍试图在消费级无人机市场参与竞争。这意味着其无人机的每一次迭代都需要数周时间——可能先是在加利福尼亚进行设计，然后将详细信息发送给中国的制造商进行生产，再运回美国，才能发现这次尝试中需要改进的地方。与之形成鲜明对比的是大疆，它位于深圳，这意味着该公司在下单后数小时内就能从深圳的任何一家工厂获取所需零部件，并以惊人的速度进行迭代。
结果是，2016年，GoPro的Karma无人机+Hero5被大疆的无人机超越。大疆无人机售价999美元，相比之下GoPro的产品售价1099美元，大疆的产品价格略低，电池续航时间长50%，并且已经实现了障碍物避让功能。而Karma无人机的发布饱受硬件问题困扰，还因产品故障启动了召回/退款计划，该产品有时在运行过程中会断电。GoPro或许通过大量工作能够解决这些问题，但该公司根本没有时间，因为大疆在各方面都已超越了它 。
进入西方市场后不久，大疆令人惊叹的成本优势以及庞大的生产能力便迅速导致市场供过于求，并占据了大量市场份额。其他所有主要无人机公司很快都被大疆激进的定价策略大幅压低了价格。GoPro以“利润空间面临挑战”为由放弃了他们的Karma项目，许多其他公司也随之倒闭。大疆是唯一明白这是一场规模竞争的企业，并且在进入西方市场之前就早已做好了准备。
在机器人领域，制造优势至关重要。要打造一台完整且功能完备的机器人意味着要无数次地重新制造机器人，并对每一个细微错误进行微调，直至得到一款稳定、可扩展且具有成本效益的产品。对于那些在附近拥有可负担得起的制造能力的人来说，这种奢侈是触手可及的，而缺乏这种能力则意味着处于劣势。中国的工业产值是美国的三倍，在各方面都优于美国的工业基础。
我们推出这个多部分机器人系列分析的目标是阐明机器人和制造业的格局，并传达它即将释放的劳动力转型的巨大规模。在第一部分中，我们研究了市场的现状，并深入探讨了商业可用工业机器人的硬件架构。我们的分析表明，中国正在迅速占领市场，将竞争对手甩在身后，并准备掌握一项革命性技术。我们还探讨了对西方落后半导体生态系统的更广泛影响。
中国的崛起使其处于引领下一代机器人的完美位置——我们预计这一领域将带来显著更高的宏观经济收益。在我们的系列的第二和第三部分中，我们将深入研究下一代系统的复杂硬件和软件架构，并解决实现跨各种形态的“机器人通用人工智能”道路上剩余的挑战。我们还将指出这一新兴市场中可能的领先者。
现在，让我们从一些基础知识开始，解释为什么机器人的建造比大多数人理解的更困难。
不仅仅是一个“机器人”
机器人学是一个系统工程难题，其最终目标是打造出一台或多台机器，使其能够以等于或低于人力成本的代价完成一个或多个人类单位的工作量。这一难题在于设计一套硬件系统，该系统包含众多相互连接的独立部件，并与软件层集成，而软件层要懂得如何操控硬件并规划动作。需要反复迭代，以找出这两个系统之间的差异并将其解决，直至达到完美的精准度。从本质上讲，这是两个系统之间精妙的协同配合，每一次迭代的编排都是从复杂性中雕琢出同步性。那么，当每一次的改进都更接近完美解决时会发生什么呢？
将可靠性融入一个低成本、高性能且可扩展的系统中，就能创造出一种前所未有的新型系统。将机器人系统与人类进行比较，当前的劳动力技能水平较低、能力有限，且流失率要高得多。将机械能力与软件智能相结合，能让世界越来越接近于全面拓展工业经济的产能，突破人类劳动力的限制。就像人类通过整合感官输入和认知处理来理解并与世界互动一样，具身人工智能也能执行相同的动作并自主运行，从而使一系列新的系统能够为各个行业做出贡献。即将到来的机器人革命有望解决所有这些问题，并创造出一种全新的劳动力形式，这在过去只存在于电影描绘之中。然而，“具身人工智能”这个词所涵盖的领域和行业远不止于此。
在这个行业开展业务历来充满挑战，从制造能力不足，到管理一款难以规模化生产的产品，诸多瓶颈始终存在：
- 硬件创新受限：硬件的创新不足限制了机器人在移动性和操作性方面的精度与效率。
- 软件/人工智能能力不足：软件/人工智能能力无法实现功能的多样化以及实时理解能力。
- 前期资本支出过高：安装所需的前期资本支出数额巨大。
- 运营成本高昂：维护这些系统的运营成本居高不下。
这些因素历史上相互交织，使得自动化问题丛生，而非解决方案。然而，硬件和人工智能模型的突破终于为早期阶段的快速发展打开了大门，释放了通用机器人的潜力 。
迈向通用机器人
通用机器人是机器人领域的终极目标：一种能够在任何环境中执行任何任务的机器人，从而取代工业流程中对人类的需求。在这个征程的每一步，率先迈向通用机器人的先驱者都将解锁巨大的发展机遇。目前在全球范围内大规模应用的机器人十分僵化且脆弱：环境必须预先设定，任务也必须是静态的，任何一个因素的细微变化都可能导致机器人破坏整个流程。这些瓶颈一直难以突破，几代以来一直束缚着整个机器人行业，无论是有智能的还是无智能的机器人皆是如此。这意味着唯一可能的改进只是小范围、迭代式和渐进式的发展。任何试图为机器人赋予超越当前能力水平的尝试都以失败告终，许多研究人员和投资者，尤其是在西方市场，因此被边缘化，甚至遭受重创。唯一尝试跨越到通用机器人领域的是实验室里的研究人员。打造一个能像人类一样达到约99.99%准确率的实用替代品，并确保在足够长的时间跨度内成本是值得的，这在过去只是一个不切实际的幻想。谁会相信这是可能的呢？
就连谷歌也无法克服数据稀缺的问题。谷歌曾建造了一个拥有14台机器人的“机械臂农场”，让这些机器人连续运行3000小时，仅仅是为了实现可靠的抓取动作。但这一成果始终未能走出实验室。数据稀缺是一个极为棘手的挑战。由于缺乏硬件标准化，研究人员不得不拼凑出临时搭建的机器人，然后手动收集训练数据，这一过程耗费了大量的时间和资源 。
此外，与推动大型语言模型（LLMs）发展的互联网上免费可用的文本数据不同，机器人技术需要多模态数据，而这类数据此前并不存在。每个尝试训练机器人的人都必须在实际空间中，使用功能正常的机器人自行收集所有数据。硬件方面的限制更是加剧了这一问题。要构建一套足够强大的执行器系统，使其能够对动作进行微调，并且这些执行器要与各种非标准化、彼此无法“理解”的部件相互连接，最终打造出一个能在稍有变化的情况下完成单一任务，更不用说能执行一系列广泛动作的机器人，这极其困难。
然而，我们正处于这场非线性变革的早期边缘，但美国所立足的基础并不稳固。在整个机器人技术领域的重大研究和大量资金投入带来了连锁式突破。逼真的模拟数据方面的进展、在多台机器人上扩大现实世界训练的能力，以及基础模型的兴起，为更智能的系统打开了大门。与此同时，诸如电动执行器等硬件方面的进步大幅降低了成本，并使机器人在期望的精度水平下具备了更高的运行效率，从而解锁了以前无法实现的新动作。通用机器人技术终于作为一种潜在的现实世界解决方案得以实现。
迈向通用机器人的第一步将是进入“部分非结构化”领域——最初是在它们通常所处的环境内。在工厂中，这意味着要在其隔离的预定义环境之外运行，并处理多个任务。随着机器人逐渐向通用化发展，它们将在工厂环境中取代越来越困难且多样的任务，直至能够实现每个步骤的自动化。
对于机器人而言，更具挑战性的领域是有人类活动的环境，在这种环境中，机器人要被认为足够智能和安全，能够在完全非结构化和动态的环境中运行。由于人类行为难以预测，机器人需要具备适应能力以避免安全风险。除了实现工业的全面自动化外，这些机器人还将缓解养老护理行业的人员短缺问题，提高医院效率，提升手术精准度，并实现危险建筑任务的自动化，从而满足几乎所有的劳动力需求 。
中国已身处另一个世界
由于中国政府的投资以及加速发展机器人技术的战略宣言，中国在机器人系统仍受通常的严格和脆弱限制的情况下，创造出了令人难以置信的生产流程。尽管目前仍需要结构完美的环境和静态任务，但中国已经实现了完全“熄灯”的工厂运作。小米的“熄灯”工厂全天候运转，每秒生产一部智能手机——且全程无人工参与。这样的工厂并非个例，中国在尚未拥有通用机器人的情况下就达到了这种自动化水平，而当通用机器人技术普及后，其产能提升的影响不可小觑。这并不是说美国在竞争中处于劣势，而是要表明中国制造业能力存在巨大差异。这与廉价的劳动力无关，这是一个拥有强大工业基础的国家，如今已打造出一台能够完全自主生产商品的单一机器。通用机器人技术将使这一过程变得与生物体无异，移动机器人会不断移动并解决问题，以支持和维持这个“工业生物体”的生存与运转。
这只是创建完全自动化生产商品的机器的第一步，随着人工智能基础模型变得更加可靠和精准，这些机器还将不断进化。中国已经在广东的库卡工厂实现了机器人制造机器人，库卡的一位负责人表示，他们应该能够将生产一台机器人的时间从每半小时一台缩短至每分钟一台。他们说得没错。上述所有工厂要么依靠最低限度的人工智能运行，要么依赖通常的结构化环境，执行静态任务并依靠基础编程运作。通用机器人技术将把这一产业转变为一台超级机器，不久之后，任何复杂的制造任务都能由通用机器人系统完成 。
从工业机器人到协作机器人
让我们退一步，先了解一下该行业的现状。在过去几年里，机器人的种类和形态变得更加多样化且切实可行。然而，在过去几十年中，对于大规模实施自动化而言，最具影响力的当属工业机器人。
传统的工业机器人，如关节式机械臂，优先考虑速度、精度和负载能力。它们配备高扭矩执行器和经过精细调校的高频控制系统以实现高精度，通常应用于需要重复操作和高产量的重型工业环境，比如汽车工厂或电子制造工厂。
出于以下两个原因，它们需要在隔离的工作单元中作业：
• 保障人身安全：防止对人类造成伤害。
• 自身灵活性不足：这些机器人不具备适应能力，环境的任何细微变化都可能中断其工作流程。
例如，在汽车行业，将金属板材点焊在一起的工作通常会实现自动化。这项任务要求极高的精度，以确保板材正确拼接、点焊位置精准，并且每次焊接的力度和持续时间都保持一致。由于任务对精度要求极高，位置的任何轻微偏差或时间上的些许误差都可能影响焊接质量，进而影响车辆的结构完整性。
协作机器人（cobots）是为解决有人类活动的动态环境问题而提出的方案，旨在工厂内实现更高级别的自动化。协作机器人外观与工业机器人相似，但体型略小。它在负载能力上做出了一定妥协，以换取更高的安全性、灵活性和可编程性，并且在必要时可以轻松地在工厂内重新定位和移动。如今，这类机器人常被赋予更高水平的人工智能能力，以执行一些具有更高变化性的任务，如分拣和复杂物料搬运。
协作机器人通过使用较弱执行器来降低负载能力和速度，同时配备了一些安全硬件，例如力 - 扭矩传感器用于感知碰撞、额外的视觉传感器以构建更全面的视野，以及更多的机载控制器以实现冗余备份。它们可以通过手动引导或借助某些界面（通常是平板电脑）进行编程，这样编程操作所需的专业知识较少，便于轻松更改简单任务。
通常情况下，协作机器人承担一些对力量要求较低、更精细的任务。在工厂中，工业机器人负责搬运较重材料并完成繁重任务，而协作机器人则负责在工序之间搬运轻质材料。协作机器人还可以与其他工业设备（如计算机数控机床，即CNC）协同工作——它们可以为CNC装载原材料、取出成品零件，甚至执行清洁或质量检查等日常辅助任务。下面展示了一个机械臂与CNC机床交互的示例 。
自然地，协作机器人在所有工业机器人安装量中的占比正在迅速上升，因为它们能够实现更高的自动化水平，并提高工厂的投资回报率（ROI）。在工业环境中，协作机器人在经济上是可行的，因为这种环境可以做到足够结构化，从而确保机器人在执行任务时保持高精度。目前，全球已安装并运行着超过400万台机器人，其中年度出货量的90%为标准工业机器人，10%为协作机器人。工业机器人通常应用于汽车行业、食品和消费品的包装领域以及电子制造业。而协作机器人在相同的行业中执行更为复杂的任务，这些任务需要高度精确性，但通常是在人类工人的指导和指令下完成的。
虽然自动化的规模令人印象深刻，但这些机器人几乎总是出现在工厂环境中有其原因。并非所有的制造工作都适合这些机器人，在多品种小批量生产中，频繁的变化使得全面自动化任务变得困难，并且大多数需要精细动作技能和灵活性的任务，目前的机器人还无法达到所需的操作水平。协作机器人被视为解决这一问题的方案，但在实际应用中，自动化所需的灵活性和能力远远超出了现有任何一种机器人所能提供的水平 。
移动机器人的崛起
移动机器人是自动化机器人阵容中的最新成员，它们凭借移动性来执行运输任务，并与其他机器人进行协作。不过，它们在移动能力方面都面临着不同的困难、适用于不同的领域，且各有优势。
自动导引车（AGV）与协作机器人出现的时间相近，是移动性探索的首次尝试。它们的任务很简单：比如在亚马逊的配送中心内，将包裹从一个地方运输到另一个地方。这类机器人和其他大多数机器人一样，仍然比较“死板”，需要在地面铺设引导路径，以便AGV沿着路径行驶。
移动操纵器通常是安装在轮子上的操纵器，在工厂中较为常见。由于法律要求工厂地面必须平整，它们被用于在非常严格且导航范围较短的情况下，在不同站点之间抓取和移动物体。四足机器人是四条腿的移动机器人，更多出现在更开放的环境中，通常用于检查建筑工地的各个区域等类似场景。不过，它们目前仍处于原型阶段。最后是仿人机器人，它们能够与其他类型的机器人处于相同环境中，但有望在有人类活动的领域发挥作用。这类机器人目前已投入生产，目标是成为一种进化后的、具备更强能力的移动形态，拥有更多的自由度、更广泛的任务范围和应用领域，但尚未正式应用于任何实际场景中。
然而，所有这些形态的机器人目前仍只能在静态结构化环境中运行。目前，移动操纵器在工厂中的应用仍处于早期部署阶段，四足机器人很快将开始在建筑工地上部署。当前，只有自动导引车得到了广泛应用并实现了集成，而移动操纵器、四足机器人和仿人机器人仍处于更开放领域应用的早期阶段，得益于当前人工智能取得的进展 。
硬件：机器人的构成要素
机器人组件市场由少数几家关键企业主导，而美国在其中许多市场明显缺席。进入该市场所需的工业产能——大批量、高质量和低成本——大多集中在其他地区，尤其是中国。对于美国来说，要在这一领域占据一席之地颇具挑战，尤其是因为大多数原材料都来自中国。
在硬件方面，执行器、电机和驱动器是将电能转化为液压、气动或更常见的电能输出，从而实际产生运动的部件。
在工厂的上层，可编程逻辑控制器（PLC）决定生产线的自动化方式，合理安排每个操作环节，以确保整个自动化流程正常运行。在每个机器人内部，无论其形态如何，都有一个微控制器单元（MCU），或者包含多个MCU的嵌入式系统，这是专门负责处理低级别实时任务的处理器，比如读取传感器输入、生成电机控制信号以及运行快速控制回路。这些系统实际上就是大多数机器人系统的“大脑”。
在机器人领域，需要高精度电机来确保施加适当的扭矩，避免损坏周围环境。伺服电机是最常见的选择——它是一种集成系统，包含电机、控制电路和反馈机制。这种配置使电机能够主动调整自身状态，保持期望的位置或运动。在机器人的众多组件中，伺服电机市场并非由中国主导，而是分布较为均衡。
控制电路被称为“驱动器”。它是一个电力电子装置，旨在通过交流 - 直流 - 交流转换（对于直流电机则是交流 - 直流转换）来调节输送给电机的电压。其主要组件是电力电子开关，如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）或绝缘栅双极型晶体管（IGBT），结合整流器和电容器，便能对电信号进行电子控制。
齿轮箱也是伺服电机中常见的组件。它能够增加电机的力/扭矩并提高精度。本质上，齿轮箱降低了电机的转速，从而使扭矩成比例增加，同时也使电机能够做出更精细的动作。大多数用于机器人系统的齿轮箱主要由日本的纳博特斯克（Nabtesco）生产。
摄像头和传感器对机器人也至关重要，因为它们是机器人了解自身位置以及完成任务所需步骤的主要途径。大多数工业机器人使用标准机器视觉二维摄像头、三维深度摄像头，或者两者结合，以全面了解周围环境的空间信息。不过，目前的发展趋势是使用更轻便、更便宜且由更强大软件支持的固定式摄像头来弥补不足。某些形态的机器人，通常是那些在人类活动频繁环境中的机器人，可能会使用激光雷达（LiDAR）来更详细地观察周围环境，尽管这通常成本更高。大多数激光雷达，尤其是用于汽车的激光雷达，来自中国的大疆（Hesai）。中国在激光雷达创新方面已经取得了足够先进的成果，以至于Unitree公司已经开发出一种专有的激光雷达系统，价格略高于英特尔实感深度摄像头（Intel RealSense depth camera）。
工业和精密机器人配备有关节编码器，使机器人能够了解其关节的角度、位置或转速。可以集成多种传感器，例如触觉传感器，用于感知压力、纹理等；本体感受传感器，用于了解诸如平衡等内部物理状态；力 - 扭矩传感器，用于了解关节所施加的力 - 扭矩大小等。这个市场相对较小且分散，因为相关产品都是较新的研发成果；然而，大多数能够设计和组装这些传感器的西方公司，通常仍会从中国购买基础材料 。
在美国，“美国制造”标签往好了说是具有误导性，往坏了说则是有害的。实质转型原则允许在最终于美国进行组装之前，在中间国家对外来材料（尤其是来自中国的材料）进行大量加工。这意味着，即使产品的核心部件源自中国，该产品仍可贴上“美国制造”的标签，从而掩盖了美国对外部的真实依赖程度。因此，许多美国公司会从中国购买廉价材料，将其加工成机器人硬件，并标注原产国为美国，以此压低那些真正从美国本土开采原材料并在美国进行制造的公司的价格。这是个难以启齿的问题，解决起来更是难上加难。
将制造能力投入运营并实现工业机器人的大规模生产以引入自动化，这比许多人想象的要困难得多，也耗时得多。而且，这非常耗费时间。许多工业机器人的供应链极为复杂，其零部件来自世界各地，而这些零部件的生产通常已因成本竞争优势而被占据主导地位。供应链中断的情况屡见不鲜，给西方经济带来了冲击。例如，在2020年至2022年新冠疫情期间，洛杉矶港和长滩港外有超过100艘船排队等待卸货。与此形成鲜明对比的是，在同一时期（2020年至2021年），中国迅速调整策略，在2020年至2021年间将机器人安装量增加了44%，以此实现自动化，弥补劳动力短缺的问题。
美国为何没有效仿呢？新冠疫情是多年来有关供应链依赖问题的最大警示，然而美国却拒绝清醒认识。如下所述，美国在机器人相关的任何关键制造环节都没有显著的市场份额，在大多数环节中几乎毫无存在感 。
在硬件方面，我们将重点关注实际用于产生机器人运动的相关部件：执行器/电机及其各自的组件。有多种电机可用于产生运动，例如在开环系统中具有精确角度控制的步进电机，常见于3D打印机或数控机床（CNC）中；还有功率重量比高的无刷直流电机，用于驱动无人机和电动汽车。但在机器人领域，最重要的当属伺服电机。大多数机器人公司，尤其是排名前四的机器人公司，都会自行生产伺服电机，并单独出售。伺服电机制造难度不算特别高，但由于以下原因，大规模生产会形成一定的行业壁垒：执行器必须具备极高的可靠性和性能，因此大规模生产需要先进的制造技术，才能实现近乎完美的复制。因此，在机器人组件领域拥有必要专业知识且长期占据较大市场份额的制造商有日本的安川电机（Yaskawa）、松下（Panasonic）、德国的博世（Bosch）、如今归属中国的库卡（KUKA）以及德国的西门子（Siemens）。美国的罗克韦尔（Rockwell）也必须提及，它占据了约7%的伺服电机市场份额，不过这也是供应链中唯一没有一家独大的细分领域。
全球中大型工业机器人所需齿轮箱近60%由日本的纳博特斯克（Nabtesco）供应。其制造难度在于，几乎每个订单都可能高度定制化，需根据客户的硬件规格进行定制，但仍要达到99.99%的精度标准，以替代人类工作。齿轮箱对于确保这种精度至关重要，因此在工业机器人的总成本（COGS）中占比最大，达到14%。这些齿轮箱的制造精度要求极高，通常只有那些拥有多年制造经验的老牌企业，通过不断优化工艺和技术，才能达到这种质量水平，这也是纳博特斯克占据主导地位的原因。该公司于1980年制造出首个摆线齿轮。
还有一些特殊类型的齿轮箱，比如日本的谐波传动公司（Harmonic Drive），成立于1970年，采用专利的应变波设计，可实现极高的精度。这类齿轮箱价格更高，但在超精密环境（如半导体制造）中是必不可少的，在齿轮箱市场中占据15%的份额。然而，为了展示完善的工业基础和快速迭代能力所能带来的成果，中国的绿的谐波传动科技股份有限公司（Leaderdrive）于2003年成立，旨在自主研发制造超精密应变波齿轮箱。仅仅用了14年时间，该公司就生产了超过10万台产品，并占据了中国国内应变波齿轮箱市场90%的份额 。
磁铁与材料——制造依赖
电机和齿轮箱供应充足且价格相对低廉。然而，如今电机技术取得了突破。大多数高质量的高速电机如今采用永磁体（PM电机）开发，以实现更高的功率效率和功率重量比——这对机器人来说堪称完美。简单来说，永磁体能够有效增强电机电磁场的磁性，这意味着磁化过程所需的电量减少，从而有更多电力可用于产生运动。
不过，这里存在一个问题，制造常见的钕铁硼永磁体（NdFeB）的工艺和所需元素几乎完全由中国主导，中国占据全球90%的市场份额。在这90%的份额中，中国大约有三家生产商近乎形成垄断，分别是中科三环（Jingci）、金力永磁（JL MAG）和宁波韵升（Ningbo Yungsheng）。
虽然“稀土”这个名称有些误导性——它们的储量和其他大多数元素一样丰富——但提炼钕并生产最终永磁体的过程大约需要约12个复杂步骤，且需要强大的工业产能。中国在提炼环节同样占据主导地位，份额达到93%。在对中国的战略矿产实施贸易限制后，各方都在尝试减少对中国永磁体的依赖。例如，美国的MP材料公司（MP Materials）成为北美唯一一家完全垂直整合的稀土公司。澳大利亚的莱纳斯公司（Lynas）是全球最大的非中国稀土生产商，在美国国防部1.2亿美元的支持下，正在美国扩建另一家分离工厂；2023年，美国国防部再次加码，向位于南卡罗来纳州萨姆特县的e - VAC公司投资9400万美元，用于生产钕铁硼永磁体。美国担心对中国的稀土依赖问题，但解决进程缓慢。MP材料公司从建设到初步投产仅用了几年时间，但要真正建立起大规模生产能力则需要5 - 10年时间。
然而，在没有大量政府补贴以匹配中国较低资本成本的情况下，这些公司不太可能在规模上赶上中国。有消息称，中国钕铁硼磁体精炼的已安装产能约为25 - 27.5万吨，而且未来五年这一产能可能会翻倍。相比之下，美国国防部对莱纳斯公司的1.2亿美元投资预计只能生产约4200吨精炼稀土元素。目前，中国的规模经济使其在稀土市场上几乎拥有不可撼动的垄断地位。
除稀土元素之外的矿产和材料同样至关重要，甚至更为关键。虽然这通常并非瓶颈问题，但这些矿产和材料大多由中国掌控。此外，仅仅拥有原始矿床或具备开采能力对于许多此类元素而言意义不大。许多经济体在加工这些元素方面困难重重，而中国凭借其先进的工业经济在这方面表现出色。得益于“一带一路”倡议和“中国制造2025”倡议这两大举措，中国投入大量资源，为在几乎整个矿产加工行业占据绝对主导地位铺平了道路 。
所有矿石或许都来自其他矿产资源丰富的国家，但如果没有大规模且高质量提炼的能力，这些都毫无意义。事实上，中国仅锂和石墨这两种矿物的储量较为丰富，但其他国家依赖中国的加工能力将其提炼成可用材料。“一带一路”倡议想出了巧妙办法来应对矿产储量不足的问题。
铜通常来自智利和秘鲁，秘鲁约76%的铜出口以及智利约68%的铜出口都流向了中国，这加起来占到了全球原始铜总出口量的56%。
镍是被重点提及的一种并非主要在中国提炼的关键矿物，印尼的镍精炼占比为37%，而中国“仅”占28%。然而，根据国际能源署（IEA）的最新报告，印尼超过80%的电池级镍产量由中国与中国共产党有关联的生产商掌控。
钴在刚果民主共和国开采，该国钴产量占全球的80%，但中国与刚果民主共和国达成了“资源换基础设施”协议（Sicomines Pact），如今拥有刚果民主共和国80%的钴产量。
中国明白，如果没有获取经过加工的矿物，就无法迈出产品制造的第一步。西方国家尚未意识到，制造业回流要从这些矿物开始。
电池，特别是锂离子电池，对于移动机器人至关重要，比如无人机、服务机器人、仓库中的自动导引车、移动操纵器、仿人机器人，尤其是电动汽车（EV）。如果你想实现让机器人摆脱连接电源的未来，很可能会为其配备中国生产的电池，因为中国企业供应了全球约80%的电池电芯。中国电池组凭借每千瓦时约127美元的成本保持着优势，相比之下，北美和欧洲的价格分别高出24%和33%。最大的电池生产商宁德时代（CATL）在2023年占据了全球电动汽车电池市场37%的份额，比亚迪（BYD）约占16%。
中国以外最大的电池生产商LG新能源（LGES，韩国）仅占全球市场份额的约13%。在这个市场，进入门槛很高，瑞典国有支持的尝试打破依赖关系的Northvolt公司已申请破产。美国通过《通胀削减法案》承诺至少投入约730亿美元用于电池供应链投资，而自2009年以来，中国已向电动汽车公司提供了超过2300亿美元的补贴。鉴于中国庞大的工业基础以及持续的政府投资（这将使其成本进一步降低以排挤竞争对手），当前电池市场的格局有点令人担忧。
从工程角度来看，制造电池对中国企业而言是一个已通过反复迭代成功跨越的障碍。正极、负极和电解质内复杂化学成分之间的平衡必须满足严格的纯度要求，因为任何杂质都可能导致电池寿命出现明显差异。构建足够的大规模生产能力本身就颇具挑战性，在美国尤其如此，建设一座电池工厂在美国可能耗资超过1亿美元，每吉瓦时成本比中国同行高出46%。LG甚至以“市场状况”为由暂停了其位于亚利桑那州价值55亿美元的电池工厂建设。
就机器人而言，电池尺寸各异，没有统一标准，而且不同电池有不同需求。功率重量比要求更为严格，因为机器人不像汽车那样能承受较大重量，并且不同机器人往往有不同的功率需求。四足机器人使用的电池与仿人机器人使用的电池不同，这种情况几乎适用于所有形态的机器人。制造纯净高效的电池本身就困难重重且成本高昂，在美国尤其如此，而随着实现大规模生产的时间到来，机器人电池缺乏统一性将成为最大问题之一 。
历史上的机器人发展及当前强国地位的由来
在过去的几十年里，通过机器人实现工业自动化一直在逐步推进。在此期间，一些国家成为了自动化未来发展的典范，而另一些国家则失去了原有地位。让我们来看看当前的世界强国在机器人自动化竞赛中的地位以及推动其市场发展的动力。那么，世界机器人领域的领导者们是如何登上巅峰的呢？
从历史上看，机器人领域一直由四个国家主导：韩国、日本、德国和美国。中国如今也是一股重要力量，我们将在报告后面深入探讨这个国家。仔细研究这四个现有强国，会发现一些在不同程度上推动它们取得成功的共同因素：
• 重工业：它们在汽车和电子等重型工业领域历来都是主要参与者——这些行业很容易通过机器人实现自动化。
• 大型工业集团的存在——如丰田（Toyota）、西门子（Siemens）、三星（Samsung）、艾默生（Emerson）等。
• 科技文化氛围浓厚
• 人口结构与劳动力成本
韩国和日本：出生率问题影响自动化进程
韩国已将自动化发展到了极致，其劳动力中有10%实现了自动化！高科技制造企业在2022年占韩国经济的比例高达61%，这使其在自动化方面具有明显优势。不过，文化因素也起到了一定作用——例如，韩国电子商务的普及率位居世界前列，线上零售额占比超过30%，是美国的两倍！
韩国政府和财阀全力推动自动化发展：2021年，三星宣布公司范围内的计划，将投资高达1630亿美元用于工业自动化和人工智能领域。现代汽车在2021年已收购波士顿动力公司（Boston Dynamics）。LG在2017年于首尔机场部署自动驾驶机场引导机器人后，就将机器人技术列为关键增长领域，并且最近将其在Bear Robotics的股份增持至多数股权。除此之外，政府也在加大投资力度。自2008年以来，韩国总共推出了四轮《智能机器人基本计划》（2008 - 2030年），总投资达16亿美元，并计划在2030年前向该行业再投资约22.6亿美元。尽管韩国比以往任何时候都更需要自动化，但它并没有作为主要制造商的优势，在工业机器人的零部件方面约60%依赖其他国家。韩国的自动化发展是在和时间赛跑。
韩国与日本一样，由于劳动力老龄化严重和出生率低，所以认为自动化势在必行。尽管政府出台了各种举措，但韩国的出生率仍持续创下新低。例如，农村地区劳动力短缺，迫使工厂不得不迁至首尔附近以维持运营。他们甚至最近不得不取消某些制造工厂实施了数十年的外国工人禁令（出于安全原因），以弥补劳动力不足。韩国的出生率是全球最低的，日本紧随其后。不过，在自动化竞赛中，日本略占优势，因为“四巨头”中有两家在日本，而韩国仍有大约60%的工业机器人零部件依赖进口 。
德国与欧盟：在角落旁观
德国作为欧洲的工业强国，在全球机器人密度排名中位居第四，并且一直致力于发展强大的工业经济。2011年，德国向欧盟其他国家引入了“工业4.0”概念，旨在推动该地区在将新技术和自动化流程融入工业领域方面走在前列，以增强竞争力。德国对工业制造的高度重视使其走上了高度自动化的发展道路，如果欧盟能够阻止中国对其自动化企业的冲击，那么在机器人技术带来的新机遇面前，德国本应处于有利地位。
欧洲国家在向中国出售欧盟工业自动化能力和技术方面存在共谋和消极对待的情况。这一行为将在机器人革命进程中产生不良影响。德国严格且繁琐的官僚限制阻碍了其对库卡（KUKA）收购事件的干预。2016年库卡被中国企业美的集团收购时，德国只能坐视不管。直到事情发生后，他们才对政策进行改革，但此时已无力回天。意大利出售了许多机器人公司（如EVOLUT、OLCI Engineering、CMA Robotics），直到2022年才终于决定否决一项收购案。如今，在2025年2月，一个自动化组织行业终于向欧盟发出呼吁，要求其通过机器人技术解决竞争力不足的问题。“工业4.0”虽是一项变革性计划，但欧盟花了九年时间才意识到自身需要中国正在抢占的机器人技术。
美国：“美国梦”的残酷觉醒
最后看看美国，这里出现了一种奇怪的现象：一方面拥有高度发达的科技产业，另一方面却缺乏国家战略，同时还面临制造业外包带来的弊端。制造业产能在美国仍是一个重要议题，但问题是，由于美国制造业成本高昂，其无法在与中国竞争的领域立足。美国曾经拥有的“质量”优势正在逐渐消失，因为中国现在能够以更低的价格生产出质量相近的大多数商品。自动化某些行业或许能缓解这一问题，但这还需要时间。美国和其他国家一样拥有庞大的汽车工业，但在2023年，其机器人密度仅排名第十。有一项研究表明，按照工资调整后的机器人采用率计算，美国实际上比预期低49%。鉴于美国正在经历人工智能革命，作为其主要潜在受益领域之一的机器人技术却与其他科技领域的发展路径背道而驰，这令人惊讶。如果机器人技术成为美国重点发展的增长领域，那么该国或许能从较低的生产成本中受益并参与竞争，但这还需要时日。
美国出现这种不协调现象的原因有很多，其中一个主要原因是缺乏其他国家从中受益的多年国家计划。例如，《芯片与科学法案》（CHIPS act）和《通胀削减法案》（Inflation Reduction Act）这两项旨在加强国内产业的重要政府举措，是在一届政府任期内启动的，而在另一届政府任期内，《通胀削减法案》已被提上废除议程，《芯片与科学法案》也在讨论之中。此外，美国经济结构所遵循的经济激励因素与中国不同。美国认为追求数字创新、前沿技术和服务业更有价值，在此过程中，由于大多数美国公司无法在成本上竞争，美国将大部分生产能力外包给了具有成本优势的国家。然而，现在美国只能任由中国制造业实力摆布，要想参与竞争，需要进行重大转变。
雪上加霜的是，仔细观察西方世界的自动化增长情况会发现，自动化增长在2016 - 2018年左右达到顶峰。日本2023年的新增机器人数量仍比2018年的峰值低约13%，韩国自2016年以来增长停滞。在排名前四的国家中，只有德国在2023年达到了新的峰值……但德国的巨头库卡已被中国企业收购，其制造业务也正在向亚洲转移 。
“沉睡的巨人”与“崛起的大卫”
库卡（KUKA）是机器人领域被称为“四巨头”的少数几家公司之一，在该行业占据主导地位已有数十年之久。这四巨头分别是：发那科（FANUC，日本）、ABB（瑞士/瑞典）、安川电机（Yaskawa，日本）以及库卡（此前归属德国，现归属中国）。
仔细研究这四家行业巨头，会发现它们有很多相似之处：在该领域拥有数十年经验；具备大规模制造能力，产品种类丰富（涵盖协作机器人、各类工业机器人等，涉及多个行业）；但研发占比相对较低，总体上对于投入大量资本且风险较高的目标——打造具有以往失败项目所承诺特性的新一代机器人的意愿有限。此外，它们的业务越来越倾向于中国大陆，这带来了较大的地缘政治风险。
当前形势尤为令人担忧，中国相关企业正以前所未有的速度迎头赶上并填补差距。
中国的机器人领军企业
虽然这些国际知名企业的营收规模远超中国企业，但行业格局已逐渐发生变化，西方这些沉睡的巨头渐显懈怠，而中国企业凭借创新奋起直追。像埃斯顿（Estun）、埃夫特（Efort）、新松机器人（Siasun）等中国机器人企业发展迅猛，近期还收购了上述欧洲机器人公司。
这些中国企业正在崛起成为行业巨头。大多数企业注重深度垂直整合，例如埃斯顿高达95%的核心部件实现自主生产，这使得它们能够快速迭代产品。它们深知强大产能的重要性，比如埃夫特计划打造一座“超级工厂”，将年产能提升10万台机器人。新松机器人已具备强大的生产能力，其全球工厂总面积约230万平方米。此外，这些企业的研发投入数据本身就颇具说服力，而新松机器人在创新战略上更进一步。该公司甚至收购了一所德国领先的机械工程职业学院，这样既能派遣新员工到国外接受培训，获取德国数十年的工程师培训经验，同时在中国一所大学设立了自己的机器人学院。
传统的工业机器人市场及其相关硬件目前仍由ABB、库卡、发那科和安川电机这四大巨头主导。然而，它们的发展速度已跟不上中国同行。缺乏创新以及研发投入不足，使中国企业有了可乘之机，并且中国企业正加速追赶。这种扩张不仅体现在企业层面，更是整个国家志在必得的战略目标。
中国迈向机器人领域主导地位的坚定步伐
在中国，令人瞩目的变化正在发生。2018年，中国每万名员工拥有的机器人数量还在全球前十之外，而到2024年，中国每万名员工拥有470台机器人，已超过德国跃居世界第三。中国的年度机器人安装量远远超过这四家西方老牌企业安装量的总和 。
如此规模的变革只能被形容为一场机器人革命。促成这一变革的因素众多，但大多源于其庞大的工业部门以及持续推动该部门发展的政策，比如《中国制造2025》计划以及力度强劲的政府补贴 。虽然具体数字难以确定，而且电动汽车行业是主要的受益领域之一，但显而易见的是，整个工业领域每年至少从这些政策中受益数十亿美元 。
中国的制造业目前以汽车和电子产品生产为主导。自2009年以来，中国的汽车产量已超过美国和日本的总和，且组装了全球约70%的电子产品。即便拥有规模庞大且亟待自动化的产业，2023年全球机器人安装量中仍有51%来自中国，仅这一年就新增安装27.6万台机器人！中国的工业经济是世界上最强大的经济体之一，这使其完全有能力从机器人和自动化的下一轮发展中获益。
《中国制造2025》计划是推动中国成为如今工业和高科技制造强国的最大催化剂。该计划于2015年由李克强签署，提出到2020年将核心零部件的国内含量从40%提升至2025年的70%。此外，该计划重点关注未来十大优先发展领域中的六个：自动化机床与机器人、新能源汽车及设备、电力设备、现代轨道交通设备、新型先进信息技术以及新材料。通过聚焦整个制造业产业链，并推动先进产业与传统产业协同发展，中国绘制出了成为经济强国的路线图。
2023年，中国在机器人领域进一步加大投入。中国工业和信息化部发布了四年规划，将人形机器人定位为经济增长的战略引擎。在该规划中，强调要构建完善的人形机器人创新体系，并在2025年实现“大规模生产”，到2027年让这一增长引擎全面发力。这种国家层面的支持对该行业意义重大。美国与中国经济与安全审查委员会在2024年10月发布的一份问题警示报告中指出，仅2023年一年，中国的人形机器人公司就筹集了7.69亿美元资金，2024年上半年这一数字更是超过了9.9亿美元。中国坚信机器人及其相关形态将是国家未来发展的关键方向。就在不久前，宇树科技（Unitree）首席执行官王兴兴还出现在一场私营部门研讨会上。
如今，人形机器人产业在中国蓬勃发展，尽管它一直被认为是最难攻克的产品形态。许多早期的预测都误判了这场即将到来的革命，例如高盛集团不得不将其2035年人形机器人的市场规模预测值上调了6倍！在2024年北京举办的世界机器人大会上，超过27款不同的人形机器人亮相并开展互动展示，而特斯拉的Optimus机器人却静静地待在一个透明箱子里一动不动。这与2025年2月优必选的H1人形机器人形成鲜明对比，当时H1不仅能与旁边的人类同步表演编舞，还有多台H1机器人一同展示。中国不仅在人形机器人的性能表现上令人赞叹，更惊人的是，其生产规模和速度远超其他国家。优必达（UBTech）计划在2025年底前实现近1000台的大规模量产。阿吉博特（Agibot）于2023年创立，目前已启动大规模生产，截至12月15日，已完全生产出962台。最重要的是，优必选的G1人形机器人已进入美国市场并面向消费者发售，售价仅为1.6万美元。全球范围内，目前没有其他可供消费者购买的人形机器人，而大多数在售人形机器人的价格都在10万美元左右，相当一部分甚至高达20万美元。
未来展望
这是一个行动呼吁。在美国，有许多公司尝试自主开发硬件，但内部硬件开发意味着从设计到组装都要在企业内部完成，可当材料和基础组件从中国进口时，大家却都视而不见。美国曾经拥有发展重工业工厂的坚实基础，但随着海外低成本制造业的冲击，美国制造商逐渐被排挤，美国经济也随之转向前沿技术和服务领域。然而，随着一座座废弃工厂的出现，以及随处可见的“中国制造”标签，一幅国家实力衰退的拼图逐渐清晰。
如今，美国站在了岔路口，一边是劳动力无限扩张的可能，另一边则是被时代淘汰的风险，工业往昔的种种景象仿佛在发出警示。中国早在10年前就预见到机器人产业的潜力，并在2023年再次加大投入。这不是一个“会不会发生”的问题：如果中国率先解锁人形机器人的潜力，他们将比美国迭代速度更快，会以前所未有的力度补贴该产业，实现大规模的规模经济，并向全球市场供应过剩产能。若一切照旧，通用机器人技术的蓬勃发展对美国而言将是一场噩梦。美国必须参与这场机器人革命，否则所有劳动力都将永远被中国掌控。
宇树科技体现了中国崛起给西方工业半导体供应商带来的威胁。在付费内容中，我们深入探讨了机器人中不同类型的电子组件，分析了像恩智浦（NXP）、英飞凌（Infineon）或德州仪器（TXN）等西方老牌企业的市场地位，并着重指出了来自中国的竞争威胁。我们还讨论了下一代机器人的前沿逻辑以及英伟达的市场地位。