优必选 Walker S
引言
优必选科技（UBTECH Robotics）是中国最早将人形机器人推向商业化的企业之一，自 2012 年成立以来持续深耕双足机器人领域。Walker S 是优必选于 2023 年发布的工业级人形机器人，具备 41 个自由度的全身运动能力，专为汽车制造、物流等实际工业场景设计。作为全球首家在香港联合交易所上市的人形机器人企业旗下的旗舰工业产品，Walker S 代表了国内人形机器人从实验室走向产线的重要里程碑。
发展历程
优必选科技于 2012 年在深圳创立，是中国最早涉足消费级与工业级人形机器人商业化的公司之一。Walker 系列机器人自 2016 年首代发布以来，持续迭代升级，逐步从展示性原型机演进为可在真实工业环境部署的全身协调操作平台。
| 年份 | 里程碑 |
|---|---|
| 2012 | 优必选科技在深圳成立 |
| 2016 | Walker 第一代发布，实现双足直立行走，但平衡能力和任务执行能力有限 |
| 2019 | Walker 2 亮相国际消费类电子产品展览会（CES，Consumer Electronics Show），展示更稳定的步态与初步手臂操作能力 |
| 2021 | Walker X 发布，搭载增强版灵巧手（Dexterous Hand）及更强的感知系统 |
| 2023 | Walker S 与 Walker S1 正式发布，专为工业场景设计，强调全身运动协调与力控操作 |
| 2023 | 优必选科技于香港联合交易所主板上市（股票代码：9880.HK），成为全球首家上市的人形机器人企业 |
| 2024 | Walker S 进驻东风汽车、吉利汽车等整车工厂，开展产线场景验证与数据采集 |
各代产品演进
Walker（2016）：优必选第一款双足人形机器人，以稳定直立行走为核心目标，机械结构较为简单，主要用于展示与科研。
Walker 2（2019）：在 CES 2019 亮相，显著提升了步态稳定性，增加了手臂的基本操作功能，可完成握手、开冰箱等简单任务，标志着优必选人形机器人由单纯行走向操作能力迈进。
Walker X（2021）：引入自研高精度伺服驱动器，自由度扩展至 36 DoF，配备 7 DoF 灵巧手，整合深度相机与力/力矩（Force/Torque）传感器，感知与操作能力大幅提升。
Walker S / Walker S1（2023）：面向工业量产的重要节点。Walker S 全身自由度扩展至 41 DoF，整体机械结构与控制系统针对工业产线环境优化，具备更强的负载能力与全身运动协调性，是优必选从"展示型"向"生产型"转型的核心产品。
技术规格
以下为 Walker S 的主要技术参数：
| 参数 | 数值 / 说明 |
|---|---|
| 身高 | 约 1.70 m |
| 体重 | 约 77 kg |
| 全身自由度（DoF，Degrees of Freedom） | 41 DoF（含双臂、双腿、腰部及灵巧手） |
| 行走速度 | 约 3 km/h（0.83 m/s） |
| 上肢负载能力 | 约 10 kg（单臂） |
| 驱动方式 | 全电动，搭载优必选自研伺服驱动器 |
| 通信总线 | EtherCAT（以太网控制自动化技术，Ethernet for Control Automation Technology） |
| 传感器配置 | 立体视觉相机 + 深度相机（RGB-D）+ 惯性测量单元（IMU，Inertial Measurement Unit）+ 关节力/力矩传感器 |
| 电池续航 | 约 2 小时（连续运行，视负载情况） |
| 操作系统 | 基于 Linux 的实时控制系统 |
| 开发接口 | ROS 2（机器人操作系统 2，Robot Operating System 2）兼容 |
核心技术
高精度伺服驱动器
优必选自主研发的伺服驱动器（Servo Drive）是 Walker S 的核心硬件竞争力之一。该驱动器集成了位置控制、速度控制与力矩控制三种模式，支持高频率实时切换，满足复杂操作任务对精细力控的需求。关节通信采用 EtherCAT 总线，具备低延迟、高同步性的特点，可在毫秒级周期内完成全身 41 个关节的状态采集与指令下发。
截至 2023 年，优必选在伺服驱动器领域已积累数百项专利，具备从芯片到整机的垂直整合能力，这也是其在供应链上相对于部分竞品的差异化优势。
全身运动规划与控制
Walker S 采用全身控制（WBC，Whole Body Control）框架，将双腿行走、腰部扭转与双臂操作统一纳入单一优化问题求解，实现运动约束下的全身协调。WBC 框架以接触力约束、关节力矩限制及任务优先级为输入，通过二次规划（QP，Quadratic Programming）求解各关节的期望力矩，使机器人在行走过程中同时完成上肢的力控操作。
在步态规划方面，Walker S 采用模型预测控制（MPC，Model Predictive Control）生成质心（CoM，Center of Mass）轨迹，结合零力矩点（ZMP，Zero Moment Point）稳定性判据，保证在不规则地面与动态扰动下的稳健行走。
灵巧手
Walker S 配备 7 DoF 灵巧手，支持多种抓握模式，包括圆柱握（Power Grasp）、精确捏（Precision Pinch）、侧捏（Lateral Pinch）等。手部集成触觉传感器与指尖力传感器，可实时感知接触力分布，配合手部阻抗控制（Impedance Control）算法，实现对不规则形状、易碎物体的柔顺操作。
灵巧手的指节采用腱传动（Tendon-driven）结构，兼顾轻量化与大力矩输出，最大握力可满足工业零件搬运需求。
感知与自主导航
Walker S 的感知系统由多目立体视觉相机、RGB-D 深度相机及 IMU 构成。机器人通过同步定位与建图（SLAM，Simultaneous Localization and Mapping）算法实时构建三维环境地图，结合路径规划模块实现自主导航与避障。
在工业场景中，Walker S 还支持基于视觉的目标检测与位姿估计（6D Pose Estimation），用于精确定位目标零件，配合手臂运动规划完成抓取操作。
工业场景应用
汽车制造
Walker S 在汽车制造领域的应用是目前最受关注的方向。2024 年，优必选先后与东风汽车、吉利汽车达成合作，将 Walker S 部署于整车装配产线，主要任务包括：
- 零件搬运与转运：利用全身 41 DoF 的协调运动能力，搬运质量约 5—10 kg 的车身零件。
- 螺栓拧紧验证：配合力控末端执行器，执行标准扭矩的螺栓拧紧操作，并通过力矩反馈验证施工质量。
- 质检辅助：结合视觉感知系统，对装配结果进行目视检查，标记异常部位。
上述合作以"场景验证"阶段为主，重点在于采集真实产线数据、评估机器人在非结构化工业环境中的可靠性，为后续规模化部署奠定基础。
物流与仓储
在物流场景中，Walker S 的全身协调能力使其可以处理传统工业机械臂难以应对的不规则物体搬运任务：
- 分拣与码垛：识别不同尺寸、形状的包裹并完成堆叠，适应仓储场景的多品类需求。
- 货物搬运：在狭窄通道或台阶等复杂地形中行走并携物，弥补轮式机器人在非结构化环境中的局限性。
特种作业
Walker S 具备在危险环境中替代人工的潜力，包括：
- 高温环境巡检：如冶炼车间、热处理设备周边的例行巡检任务。
- 有毒有害场所作业：化工厂区阀门操作、仪表读数等接触性任务。
- 辐射场所替代作业：核电站等对人员暴露时间有严格限制的场景。
Walker S 与国内竞品对比
以下为 Walker S 与国内主要人形机器人产品的横向比较（数据截至 2024 年）：
| 对比项目 | 优必选 Walker S | 宇树科技 H1 | 智元机器人 A2 | 傅利叶智能 GR-1 |
|---|---|---|---|---|
| 全身自由度 | 41 DoF | 19 DoF | 49 DoF | 44 DoF |
| 整机体重 | 约 77 kg | 约 47 kg | 约 63 kg | 约 55 kg |
| 灵巧手配置 | 标配 7 DoF 灵巧手 | 可选配 | 标配灵巧手 | 标配灵巧手 |
| 行走速度 | 约 3 km/h | 约 5.4 km/h | 约 4 km/h | 约 3.6 km/h |
| 公开上市状态 | 港交所上市（9880.HK） | 未上市 | 未上市 | 未上市 |
| 工业产线验证 | 已在车企产线部署验证 | 部分试验性部署 | 部分试验性部署 | 部分试验性部署 |
| 主要定位 | 工业操作（汽车、物流） | 科研与工业探索 | 工业服务 | 医疗康复与工业 |
| 驱动方式 | 全电动，自研伺服 | 全电动，自研关节 | 全电动 | 全电动 |
注：以上数据来源于各企业公开资料，不同版本/批次产品参数可能存在差异。
软件与开发生态
UBTECH 开发者平台
优必选提供 UBTECH Developer Platform，向合作伙伴和研究机构开放 Walker S 的软件开发接口（SDK，Software Development Kit）与应用程序编程接口（API，Application Programming Interface），支持：
- 关节运动控制指令下发
- 传感器数据实时读取（视觉、力矩、IMU 等）
- 高层行为触发与状态查询
ROS 2 支持
Walker S 支持 ROS 2（Robot Operating System 2）开发环境接入，提供标准的 ROS 2 话题（Topic）、服务（Service）与动作（Action）接口，便于研究人员复用 ROS 2 生态中的导航（Nav2）、感知（perception_pcl）及运动规划（MoveIt 2）等工具包，降低二次开发门槛。
行为编排系统
Walker S 内置行为编排系统，支持以任务流程图（Task Flow）方式对机器人作业流程进行图形化编程。操作人员无需编写底层代码，即可通过拖拽节点的方式定义"抓取零件 → 行走至目标位 → 放置零件"等操作序列，适合工业现场的快速部署与调试。
优必选的产业化路径
商业模式
作为全球首家在证券交易所上市的人形机器人企业，优必选的商业模式以"工业场景租赁 + 定制化集成"为主，区别于传统工业机器人的一次性销售模式。这一策略的核心逻辑在于：
- 降低客户采购门槛：初期以租赁形式导入，减少企业一次性资本支出。
- 持续数据采集：机器人在产线运行期间持续产生操作数据，反哺算法迭代，形成"场景—数据—算法"正向飞轮。
- 定制化集成服务：针对不同行业客户（汽车、物流、特种作业）提供专属软硬件集成方案，提升客户黏性。
政策与产业环境
2023 年，中国工业和信息化部（工信部）发布《人形机器人创新发展指导意见》，明确将人形机器人列为重点突破的战略性新兴产业，提出到 2025 年实现人形机器人关键技术取得突破、到 2027 年综合实力达到世界先进水平的目标。政策层面的支持为包括优必选在内的国内人形机器人企业提供了重要发展机遇。
深圳供应链优势
优必选总部位于深圳，可充分利用大湾区完善的电子制造与精密机械加工供应链集群，在伺服驱动器、传感器、结构件等核心部件的采购与自研方面具有显著的成本与响应速度优势，有助于加快产品迭代周期。
挑战与展望
尽管 Walker S 已率先完成工业场景验证，但人形机器人大规模量产仍面临若干关键挑战：
- 可靠性与维护成本：41 DoF 全身系统的机械故障率远高于固定式工业机械臂，产线长时间稳定运行尚需验证。
- 操作精度：现有力控与视觉系统在亚毫米级精密装配任务中尚存差距。
- 成本下降路径：当前整机成本仍处于较高水平，大规模应用有赖于核心部件（尤其是伺服驱动器）的量产降本。
随着算法、硬件与产业生态的持续成熟，Walker S 及后续迭代产品有望在 2025—2027 年期间在更多工业垂直领域实现规模化部署。
参考资料
- 优必选科技官方网站
- 优必选 Walker S 技术白皮书（UBTECH Robotics，2023）
- 优必选科技股份有限公司招股说明书（香港联合交易所，2023）
- 中国工业和信息化部：《人形机器人创新发展指导意见》（2023）
- Kuindersma, S. et al. "Optimization-based locomotion planning, estimation, and control design for the Atlas humanoid robot." Autonomous Robots, 2016.（WBC 框架参考）
- 宇树科技、智元机器人、傅利叶智能各官方公开技术资料（2023—2024）