家用服务机器人分析

十八、服务机器人

106． 定义：非结构环境，家用、商用
根据国际机器人联合会、中国电子学会定义，服务机器人指在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的先进机器人，工业机器人的工作环境都是已知的，而服务机器人所面临的工作环境绝大多数都是未知的

国际机器人联盟（IFR）将服务机器人分为个人／家庭服务机器人和专用服务机器人两大类
1． 个人／家庭服务机器人按照用途可分为家政类（扫地拖地）、玩具、家居类、教育类、娱乐类等
2． 专业服务机器人可以分为商用、特种两类，商用服务机器人主要用于零售、餐饮、政务、金融、医院等场景，特种机器人主要用于军用、航空、物流等特殊环境

107． 市场：全球 850 亿，中国 250 亿元
2021 年预计全球服务机器人市场规模 131 亿美元，中国 39 亿美元占 30％

108． 产业链：零部件、本体、终端用户
服务机器人产业链包括上游核心零部件、中游技术模块和本体制造、下游终端用户核心零部件：提供服务机器人生产所需功能组件，主要包括芯片、传感器、控制器、减速器、伺服电机等技术模块：基于底层硬件，通过相关算法和程序开发，赋予服务机器人智能化的行为功能本体制造：以服务机器人的设计和加工制造为主营业务的综合性厂商终端用户：由医疗、新零售、教育、政务等领域的商业用户和个人／家庭消费者构成，应用市场广阔

109． 技术：定位导航、运动控制、人工智能
技术模块是服务机器人智能化的重要基础，主要包括导航定位、运动控制、人工智能等核心技术
导航定位：服务机器人通过激光雷达、毫米波雷达、超声波传感器、摄像头等传感设备来感知周围环境，并依托SLAM等技术进行实时定位与路线规划，详细请参考机器人产业全面分析（七）：移动四类四技术，全球波士顿中国振华极智嘉！
运动控制：依托伺服电机、控制器、减速器等零部件，赋予服务机器人位置、速度、加速度等的控制能力，详细请参考机器人产业全面分析（七）：移动四类四技术，全球波士顿中国振华极智嘉！机器人产业全面分析（二）：三大核心零部件
人工智能：运用机器视觉、语音交互、深度学习等技术，能够赋予机器人图像识别、语言沟通、情感交流和逻辑计算等能力，使服务机器人从“感知智能”走向“认知智能”，下面详细介绍

110． 人机交互：视觉、语音、体感
服务机器人人工智能的核心是人机交互（Human－ComputerInteraction），通过语音、文本、图像、触控、手势等一系列的方式来控制机器人按照用户的意图执行任务

机器视觉：人脸识别、物体识别
机器视觉技术是指用机器代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量的技术，在服务机器人领域，机器视觉主要包括人脸识别、物体识别等功能
人脸识别：基于人的脸部特征信息准确识别多种人脸属性，同时还能进行人脸相似度比对以及人脸查找等。例如接待机器人可识别客户的性别、年龄、姿态等基础信息，并进行人脸比对，为客户提供个性化服务的同时保障公共安全
物体识别：基于深度学习，对图像进行处理和分析，可准确识别物体类别、特征、位置等综合信息。例如新零售机器人利用机器视觉技术，识别客户基础信息，智能分析客户需求，实现精准化营销

语音交互：语音识别（ASR）、自然语言处理（NLP）
语音交互以语音为主要信息载体，使机器具有像人一样的“能听会说、自然交互、有问必答”能力，其主要优势在于使用门槛低、信息传递效率高，且能够解放双手双眼，包括语音识别（ASR）、自然语言处理（NLP）等
语音识别ASR技术发展较快，国内的头部技术供应商包括百度、搜狗、科大讯飞、云知声、思必驰、出门问问等

NLP 包括自然语言理解（NLU）和自然语言生成（NLG）两个部分，NLU是使机器具备人类的语言理解能力，NLG则是将非语言格式的数据转换成人类可以理解的语言格式，NLP技术整体发展仍存在许多不足，语言的多样性、歧义性、知识依赖等难点尚需攻克

体感交互通过摄像系统模拟建立三维空间，同时感应出人与设备之间的距离与物体大小，通过对人的姿势的识别来完成人与机器的互动，交互形式的合理性、交互行为的简洁性、交互意图的准确性以及交互反馈的即时性是发展体感交互技术过程中的四大重要因素

111． 历史：实验室、萌芽、发展三阶段
服务机器人的发展随着人工智能技术的演进和市场需求的变化与时俱进，回顾发展历程，大致可分为三个阶段：
实验室阶段（20世纪50～60年代）：计算机、传感器和仿真等技术不断发展，美国、日本等国家相继研发出有缆遥控水下机器人（ROV）、智能机器人、仿生机器人等
萌芽阶段（20世纪70～90年代）：服务机器人具备初步感觉和协调能力，医用服务机器人、娱乐机器人等逐步投放市场。
发展阶段（21世纪～）：计算机、物联网、人机交互、云计算等先进技术快速发展，服务机器人在家庭、教育、商业、医疗、军事等领域获得了广泛应用

下面分类介绍
十九、家用服务机器人

112． 分类：音箱、扫地机、无人机、教育娱乐
按照出货量来看，目前出货量最大的是智能音箱、扫地机器人、无人机、教育娱乐机器人

113． 智能音箱：百度、阿里、小米
智能音箱的核心是 AI 人工智能，全球龙头亚马逊，国内百度、阿里、小米三巨头，我们将在人工智能全面分析文章中详细分析，请持续关注本公众号
114． 扫地机市场：全球 250 亿，中国 94 亿，渗透率 10％
扫地机是典型的明天产品，使用者一旦使用了就再也回不去了，再也离不开了

2020 年全球市场规模 250 亿元，中国 654 万台 94 亿元，全球渗透率不到 10％，线上销售占 90％

115． 扫地机技术：导航、清洁、续航、交互 扫地机器人可分为四大系统：导航系统、清洁系统、续航系统、交互系统
导航：随机碰撞→路径规划→微创新

导航系统是扫地机器人的神经中枢，分为四步：传感器采集信息、定位与建图（SLAM）、路径规划、运动控制，三代：随机碰撞→路径规划→微创新

随机碰撞：2010 年以前的扫地机均是采用随机模式，根据简单的移动算法，如三角形、五边形轨迹不断运行以覆盖清扫区域，如果遇到障碍，则按照算法转向，该方式缺点一是清扫效率低，有些区域重复清扫而有些区域出现漏扫；缺点二是缺乏避障能力，机器容易被障碍物困住，且频繁碰撞容易造成机器和家具损坏

路径规划：2010 年，Neato 推出了全球首款基于激光雷达导航的全局规划扫地机器人 Neato XV－11，全局规划根据 SLAM 算法构建的地图规划整体清扫路线，局部规划实时根据各类传感器检测到的周围环境的变化，绕开眼前的障碍物，既避免了与障碍物的磕碰，又提高了清扫的覆盖率和效率，详细可参考机器人产业全面分析（七）：移动四类四技术，全球波士顿中国振华极智嘉！

微创新：多地图记忆、物体识别避障、虚拟墙、灯塔模式等

清洁：地面吸尘→防缠绕设计→拖地→自清洁能力
清洁系统就是扫地机器人的四肢，功能从地面吸尘→防缠绕→拖地→自清洁

地面吸尘：吸力达 1．5－2kPa，尘埃识别系统自主识别地面脏污程度，对于重灾区反复清洁

防缠绕：通过不断旋转使施加在毛发上的压力越来越大，从而使其断裂成小段
拖地：配备水箱和抹布，模仿人工对地面进行高频震荡擦地

自清洁：抹布自清洁系统根据拖布的脏污程度自动返回基站进行抹布清洗，自动集尘系统将集尘盒中的污垢吸入集尘装置中的一次性集尘袋中

续航：续航时间、断点续扫、中央尘盒、智能快充
续航时间：大部分型号的电池容量达到 2000 mAh以上，续航 2 小时以上，单次能够完成 200 平米清扫
断点续扫：部分中高端机型具备记忆功能，可以记住已扫区域和未扫区域，在暂停或缺电回充后，扫地机可以继续打扫剩余区域，直至清扫完毕
中央尘盒：每次回充时可以自动将灰尘倒入充电桩处的中央尘盒，尘盒容量达到 30 次，尘盒容量达到 0．6L 以上
智能快充：扫地机需要返回充电并打扫剩余区域时，可以智能评估清扫剩下区域所需要的电量，并在电量充足后立即返回清扫，而不需要等到充满电后再出发
人机交互：远程控制、语音控制、智能家居
远程控制：配备通讯模块和移动设备端app，一方面实时软件升级，算法不断进化，另一方面可以实现远程／定时启动、划区清扫、虚拟墙等控制功能
语音控制：产品接入天猫精灵、小米等平台，实现语音控制
智能家居：和其他智能家居实现联动，比如传感器感应到家人出门后，扫地机器人自动开启清扫等场景应用

116． 扫地机产业：全球龙头 iRobot，中国科沃斯石头云鲸三巨头

1996 年，伊莱克斯 Electrolux 在发布第一台扫地机器人三叶虫

2002 年，iRobot 发布Roomba，开启商用时代2010 年，Neato 推出全球首款激光雷达导航全局规划 XV－112016 年，小米与石头科技联合推出米家扫地机器人，极致性价比 1699 元

全球：龙头 iRobot
从全球格局看，iRobot 零售市场份额达 52％（单价200美金以上），主要集中在北美 82％ 和日本 74％

iRobot：全球龙头
1990 年，麻省理工学院机器人专家科林－安格尔 Colin Angle、海伦－格雷纳Helen Greiner、罗德尼－布鲁克斯 Rodney Brooks 创立2002 年，推出随机碰撞式 Roomba，成为全球龙头2019 年，全球市场份额 52％，美国本土市占率高达 85％，目前累计销售超过 3000 万台，定位中高端 300～900 美元

中国：科沃斯、石头／小米、云鲸三巨头
中国市场上，科沃斯产品系列全面，市占率稳定在 40％，小米及小米生态链企业石头定位中高端市场占 25％，行业新贵云鲸凭借扫拖一体占 10％

科沃斯603486：中国龙头
1998 年，成立于苏州，为国际吸尘器厂商做代工2008 年，发布扫地机器人地宝 Deebot2010 年，开始陆续推出擦窗机器人窗宝、空气净化器沁宝、管家机器人亲宝、公共服务机器人旺宝等2020 年营收 72 亿利润 6 亿，中国扫地机器人市场占有率保持在 40％

石头科技 688169：中高端龙头
2014 年成立，2015 年小米入股，进入米家生态链2017 年，开始陆续推出中高端石头扫地机器人、中低端小瓦扫地机、手持无线吸尘器等2020 年，营收 45 亿利润 14 亿，市场占有率合计 25％

云鲸科技：高端龙头
2016 年成立，2019 年发布“会自己清洗拖布的扫拖一体机器人”2020 年凭借单款产品，市场占有率达 10％，是高端市场龙头

117． 无人机：全球龙头大疆科技
无人机应用市场较广，ToC ToB 均有应用，全球龙头大疆科技，后续我们将单独分析，请持续关注本公众号
118． 教育娱乐：K12乐博乐博、职业教育华航唯实、优必选
教育服务机器人（Educational Service Robots）是具有教与学智能的服务机器人，通常被用于进行 STEAM教育、语言学习、特殊人群学习等主题的辅助与管理教学中

STEAM教育由美国提出，加强K12关于科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）及数学（Math）的教育，机器人是目前最合适的 STEAM 教育载体，知名机器人竞赛包括RoboCup（机器人世界杯）、IRO（机器人奥林匹克）、WER（世界教育机器人大赛）、FLL、中国科协、中央电教馆、教育部组织的三大赛事

中国教育机器人市场规模约 100 亿元，K12 龙头乐博乐博营收 2．4 亿元，职业教育龙头华航唯实营收 2．8 亿元
娱乐机器人目前群雄混战中，包括主打格斗机器人的工匠社、主打平衡车的9号机器人，什么都做的优必选等等