Fraunhofer IPA 开发了一个基准来测试 Unitree G1 等人形机器人。资料来源：Fraunhofer IPA

近年来，人形机器人在媒体中无所不在，并继续让我们着迷。在社交媒体和公共场所，它们一定会引起注意。由于人口结构变化，未来将不再有人类劳动力，该技术有望接管这些领域的任务。

然而，媒体炒作与实际能力之间仍然存在巨大的信息差距。虽然机器人正在孤立的、非公开的试点应用中进行测试，但大多数潜在用户仍然存在疑问，即机器人实际拥有哪些能力、如何它们运行可靠，以及我们人类在多大程度上可以信任类人机器人。

“因此，对于最终用户和制造商来说，有必要了解有时由营销机构构建的外观背后，”弗劳恩霍夫自动化系统业务部高级经理西蒙·施密特 (Simon Schmidt) 解释道。 “市场太不稳定且不透明，无法对人形机器人的自身应用或与其他模型进行比较进行有根据的评估和可靠评估。”

这正是 Fraunhofer IPA 开发基准的原因。在此过程中，该研究所自动化部门的研究团队让类人机器人经历了各种挑战并评估结果。中立的第三方服务是模块化的，允许制造商、最终用户或软件提供商选择与其应用相关的领域。

基准遵循行业标准

能力和可信度问题分为六个与应用相关的关键点eria:

人形机器人的六个测试类别。来源：Fraunhofer IPA

该基准借鉴了研究团队现有的专业知识，并在可能的情况下遵循数十年来国际认可的既定工业标准。例如，在清洁领域，Fraunhofer IPA 近年来已根据 ISO 14644 对 3,000 多个自动化组件进行了测试和鉴定。

碰撞力和其他安全相关属性的测量基于力和功率受限机器人的通用安全标准，例如 ISO 10218 和 ISO TS 15066。

基准基于机器人尺寸、重量和到达范围。对于研究团队来说，定义可重复的测试也很重要它可以标准化，并且对未来几代人形机器人仍然有意义。毕竟，更多的类人机器人将会随之而来。

“有了这个工具，类人机器人不仅可以相互比较，还可以与已知的自动化组件进行比较，”弗劳恩霍夫 IPA 自动化和机器人研究部门负责人维尔纳·克劳斯 (Werner Kraus) 说道。 “用户可以直接解释结果，从而找到适合正确应用的正确人形机器人。”

以 Unitree G1 为例，Fraunhofer IPA 本身对人形机器人进行了测试，以确定其在生产中的适用性，并在此过程中了解了该技术当前的局限性。技术基础是 2025 年 5 月交付的配备 Dex3-1 三指手的 Unitree G1 EDU-4，固件版本为 1.04。

编者按：本月在波士顿举行的 2026 年机器人峰会暨博览会将包括有关人形机器人的主题演讲和会议。立即报名参加。

六大标准或评估人形机器人

1。技术和基本能力

人形机器人所使用的技术，例如传感器或人工智能模型，可以直接得出精度和可靠性的结论。检查其他基本能力可以详细评估人形机器人的技术潜力和能力。

除其他外，评估还检查传感器技术（例如视觉、音频、文本识别、语音识别、人体检测）、操纵能力（抓手类型、手指数量和移动性）以及力量（处理负载、抓握力）和行走速度。

通过识别已安装的组件并将其与数据表进行比较来进行技术检查。测试可以确定基本能力。 Vicon 的 3D 跟踪系统用于确定步行速度。使用力传感器测量夹持力。可以使用不同重量的哑铃来确定最大重量可以处理的最大负载。

以 G1 为例，很明显，除其他外，它的灵巧性仍然远远低于人类水平。按照厂家的说法，它只能通过遥控行走。用户必须自己实现额外的基本能力。即使没有任何额外负载，水平延伸手臂也会导致它们在一到两分钟后关闭并掉落，因为执行器过热。

使用 Vicon 跟踪器进行的测量确定 0.49 m/s (1 mph) 是慢步行速度，0.84 m/s (1.8 mph) 是快步行速度。当携带 3 公斤（6.6 磅）的有效负载时，机器人不会减速，但加速和减速需要多花零点几秒。

结果表明，类人机器人尚无法执行许多人类可以处理的任务。不过，未来的软件和硬件更新预计会增加预先实现的基本能力的数量。

2. 复杂能力

在基本能力的基础上，本节重点关注执行需要技术和技能相结合的小型通用任务。该基准测试可以对不同任务领域的人形机器人进行全面评估。

测试可分为全身运动（跑步、跳跃、攀爬、坡道导航、站立）、操纵技能（开门）、穿越障碍路线的导航，以及精度和力控制，还可以测量环境条件变化和附加负载对机器人性能的影响。

许多设计的测试还无法用 G1 进行。例如，根据制造商的规格，机器人不适合爬楼梯。需要机器人导航的复杂障碍路线以其机载能力也是不可行的。

但是，当行走在台阶（驾驶室）时。在20%的坡度上，腿式机器人表现出了良好的自稳定能力。在测试过程中它从未失去平衡。对于 G1，从仰卧位置站立需要有足够摩擦力的表面，例如地毯。在光滑的瓷砖或硬木地板上，手臂可能会打滑，导致无法将机器人推到直立位置。

复杂能力的测试是有意设计的，旨在压倒当前的类人机器人。只有未来的模型才能完全满足这些基准。这使得人形机器人在多个模型代之间具有可比性。此外，目前无法执行的任务清楚地向潜在用户展示了当前技术的局限性。

3.清洁度

洁净室适用性基准检查人形机器人和其他自动化组件是否可以在敏感的生产环境中使用半导体、光学、电气、制药、生物技术和食品行业等，不会造成严重污染。

根据 ISO 14644-14 对移动机器人上的各个点进行颗粒排放评估，根据 ISO 14644-15 评估除气行为，并根据现行指南评估清洁性和卫生设计。目标是客观地确定机器人是否适合洁净室使用，并在必要时确定设计或材料选择方面需要优化的领域。

由于人形机器人的复杂性及其不同的运动范围，进行基准测试具有挑战性。必须定义典型的操作参数并检查最坏的情况以获得实际结果。在确定测试持续时间时必须考虑有限的电池寿命。

基准测试完成后，客户将收到包含报告和证书的资格包，作为决策的可靠依据关于在洁净室中的使用，并实现经过验证的行业标准评估。

在有关颗粒排放和除气的测试中，G1 显示了有希望的结果。因此，该人形机器人预计适合在 ISO 14644-1 规定的 ISO 5 级洁净室中使用，例如半导体行业中使用的洁净室。

卫生设计测试表明，在 G1 的开发过程中，设备的可清洁性显然不是优先考虑的事项。许多接缝处都有间隙和区域，无法进行擦拭清洁。因此，如果不采取进一步措施，就不可能在卫生要求较高的区域使用。

鉴于洁净室适用性和卫生设计目前不是制造商的优先考虑事项，因此应积极看待测试结果。如果制造商将来开发专门针对清洁度进行优化的模型，这里开发的测试可以提供宝贵的基础。制造商可以委托在 Fraunhofer IPA 进行了广泛的测试，从而受益于现有的洁净室基础设施。

Unitree G1 的颗粒排放测试表明可以在 ISO 5 洁净室中使用。资料来源：弗劳恩霍夫 IPA

4。功能安全

人形机器人旨在与人类协作并共享公共工作空间。因此，功能安全非常重要。影响人形机器人安全的因素是多种多样的。其中最重要的是，在不同表面上移动时的稳定性、斜坡上的行为以及提升负载时的稳定性。

除此之外，还包括检测和避开障碍物以及发生碰撞时的力限制。同样相关的是通信期间的系统行为通信故障和电池完全放电、硬件设计产生的风险以及紧急停止设备的可访问性。

开发了各种挑战来评估稳定性。例如，类人机器人必须在具有不同表面（例如台阶或电缆管道）的路线上从不同的接近方向导航。

为了测试斜坡上的稳定性，机器人在斜坡上上下行走，并执行停止和方向改变。可以使用3D跟踪系统记录实验。

碰撞测试使用力传感器；这些也可用于根据 ISO TS 15066 的协作机器人的力测量。这些传感器用于研究手臂的碰撞运动以及与移动机器人（例如胸部或肩膀）的碰撞。

例如，我们发现，在全身碰撞和手臂快速运动期间，G1 可以对人类施加超过 500 N 的力。这明显超过了疼痛三符合接近人类操作的标准，这意味着不排除受伤的可能性。

相反，该机器人非常稳定，即使在困难的表面上也很难失去平衡。

测试还表明，如果机器人在实验过程中变得不稳定并需要快速停止，则由于机器人上没有紧急停止按钮，可能会导致问题。在这种情况下，切断G1电源的唯一方法就是取出电池。在关节区域的夹点方面也发现了改进的潜力。

测试结果表明，为制造商和用户提供客观、循证的基础来评估和提高安全性非常重要，因为现有的人机协作标准的适用性有限。

预计 ISO 到 2028 年才会发布包含人形机器人安全要求的 ISO 25785-1 标准。在此之前，在必须根据具体情况采取一系列补充措施确保旋转类人机器人的安全。

在全身碰撞和手臂快速运动期间，G1 可以对人体施加超过 500 N 的力。资料来源：弗劳恩霍夫 IPA

5。网络安全

作为复杂的硬件和软件产品，人形机器人会定期接收更新，从而受益于互联网连接。该基准响应了不断增长的法律要求以及机器人技术中网络安全日益增长的重要性。它有助于在早期阶段识别漏洞和开放攻击点，特别是由于被忽视的安全架构而产生的漏洞和开放攻击点。

结果提供了快速的结果了解机器人针对典型攻击模式的恢复能力，并为制造商提供改进指导。通过这种方式，该基准有助于持续增强市场上仿人机器人的接受度和安全性。

网络安全基准由四个独立可用的模块组成：漏洞分析、安全生命周期、连接性和稳定性。每个模块都会检查以下具体方面：

• 漏洞的管理和存在
• 硬件和软件的更新和寿命终止的处理
• 网络接口的安全性
• 系统的弹性和抗渗透性，或者针对未经授权的访问的安全性如何？

目标是为制造商提供对其网络安全措施的客观、科学合理的分析，并证明其产品的安全运行是否符合要求。保证。

在调查时，G1 有一个已记录的远程代码 exe其蓝牙接口内存在切割漏洞。这使得蓝牙范围内的攻击者能够获得对机器人的广泛控制。

该漏洞在多个固件更新中仍然存在，即使更新更改日志已记录其解决方案也是如此。根据当前信息，此后已通过更新的更新进行了修补。

此外，G1 未提供有关其硬件和软件寿命终止预期、定期更新间隔或已知网络安全漏洞警告的信息。 Unitree 尚未描述将传感器数据连续传输到制造商的服务器（没有在管理界面中禁用此功能的选项）。在负载测试中，G1表现非常稳定。

6.能源效率

电池寿命是人形机器人运行的关键设计参数。该基准测试解决了电池容量、充电时间和充电范围等标准，具体取决于操作计费模式。它为机器人制造商提供了一种标准化、可重复的方法，用于测量和评估人形机器人在定义的真实操作条件下的能耗。

该基准测试主要针对机器人制造商，提供独立的能源指标，作为外部沟通和竞争定位的参考。它还可以帮助最终用户更好地规划机器人的运行时间和充电周期，并有针对性地优化能源效率。

在站立、平地行走、上坡行走、负重行走等多种场景下测量能量需求和平均功耗。此外，还考虑了开机和关机程序以及电池充电行为。

结果被合并为有意义的指标，描述标准化条件下每小时的能耗和电池运行时间，从而能够对不同机器人进行客观比较模型。可以区分不同的使用场景，例如工作站的固定工作或主要步行的物流任务。

当应用于 Unitree G1 时，测量结果显示固定操作中的平均功耗约为 154 W。在平坦的地面上行走时，功耗约为 272 W，而在 10% 的坡度上行走时，功耗则升至 283 W 左右。对于定义的一小时标准场景，平均功耗约为 239 W。

结果展示了静态操作和移动之间的预期差异，并确认基准测试一致反映了这些影响。这样一来，静止状态下单次电池充电的最长运行时间为 2 小时 49 分钟，在包括站立和行走的典型场景下，最长运行时间为 1 小时 49 分钟。

用户和制造商可以使用该基准来系统地整合能源管理人形机器人的选择和部署规划。在此背景下，Fraunhofer IPA预计，未来类人机器人的能源需求将更加注重尺寸、系统架构和各自的应用配置，并相应地进行差异化。

Unitree G1 的功耗和电池寿命。资料来源：Fraunhofer IPA

Fraunhofer IPA 已准备好测试未来的类人机器人

许多人期望类人机器人能够展示其附加价值，特别是在需要灵活性以及需要在为人类设计的环境中操作的情况下。在这方面，潜在的应用场景是多种多样的。这些往往需要v与类人生物有很多不同的特征和能力。

开发的测试方法和初步结果表明，对特征和能力进行独立评估既有用又必要。虽然技术和技能的基准注重透明度和可比性，但在功能安全和网络安全等问题上，独立测试可以帮助建立对人形机器人的信任。

Fraunhofer IPA 的目标是测试更多人形机器人，从而创建一个比较数据库。制造商和用户可以就从最初的一般性询问和对单个基准模块的兴趣到全面测试的请求等问题与我们联系。

关于作者

Simon Schmidt 自 2024 年以来一直担任 Fraunhofer IPA 自动化系统业务部门的高级经理。他的主要主题是认知机器人技术以及内部物流、制造和装配系统中的嵌入式人工智能。

Simon Schmidt 博士维尔纳·克劳斯 (Werner Kraus) 担任该公司的负责人自 2019 年起担任 Fraunhofer IPA 自动化和机器人研究部门。他管理着大量的国内和国际项目，是认知机器人领域的专家。

Dr. Theo Jacobs 自 2023 年起一直担任 Fraunhofer IPA 安全机器人应用和协作机器人研究团队的负责人。他也是一名经过认证的机械安全专家，并参与了围绕安全人形机器人的 ISO 活动。