服务机器人细分产品发展分析.doc

一、家政机器人随着科技的进步和社会的发展，出现了各类智能机器人：扫地机器人、拖地机器人、擦玻璃机器人等等。如今，几个处于机器人研发前列的国家（主要有日本、南韩、美国、德国）均已投入了大量的资金，已经开始对服务机器人给予了重点扶持。（一）美国：iRobot闻名世界美国在机器人技术上领先于其他国家，iRobot早在几年前已享有盛名，该公司是最早开发扫地型机器人的公司之一，也是全球第一个走进千家万户的机器人。依托于美国麻省理工学院强大的学院背景，将技术理论融入生产的学院派企业，强大的科研优势令iRobot早期专注于为美国政府等组织服务，研发了一系列宇航探测机器人、军事机器人、地球科学探秘机器人等。机器人在清扫过程中能顾及到每一个角落，也防止碰撞到家居或者从楼梯上掉落，在清扫完毕或者电池耗尽后还能自行回去充电座。（二）日本：机器人帮忙清洗衣服由日本东京大学和丰田汽车公司等联合开发的家务帮手机器人“AR”，主要研发目的是帮助单身家庭以及老年人家庭减轻家务负担，该款机器人身高1.55米，体重130公斤，依靠车轮移动。能胜任清扫、洗衣服、收拾餐具等诸多家务活动。在清洗衣物时，“AR”的双眼（安置上去的小型照相机）可识别出手中是否拿的是衣物。（三）韩国：家务机器人还能远程调控韩国科学技术研究院曾研发出一款为Maru-Z的机器人，拥有与成年人差不多大的体型，可用双腿行走，做一些简单的家务活，有视觉信息操控系统，能简单操作诸如微波炉以及家电按钮等工作。此外，Maru-Z还能远程调控由人穿戴动作捕捉系统，向机器人转达双臂、双手，及双足等全身动作信息，令机器人完成同样的动作。（四）中国：重庆将推出“养老助残”型机器人中国的机器人产业或许还处在初步发展的阶段，使用家务机器人的家庭也是少数，于是家务机器人目前来说在中国主要针对老年人以及残疾人。重庆长泰机器人有限公司表示将与中国科技大学合作研发出具有“养老助残”功能的服务型机器人，除了能给服务对象做菜、洗衣服等事情，在紧急情况还能自动关机“拨打120”。2012年全球家务机器人销量达到196万台，同比增长14.86%，其中大部分是吸尘器机器人，其占家务机器人总销量的96%以上，可见家务型机器人的市场正在不断地扩大。2012-2014年，一些著名电子品牌如三星、夏普等公司也争相分掉这一杯羹，纷纷开始推出自己研发的家务清洁机器人，有了功能越来越强大的家务机器人，人们的双手可以逐渐解放，个人生活时间也会增加，家务型机器人的发展已成趋势。二、医疗机器人从传统的开刀手术到机器人手术，人类历经了近3个世纪。18世纪80年代，维也纳外科医生Billroth首次打开病人腹腔，完成了首例外科手术。这种传统的开刀手术被称为第一代外科手术并一直沿用至今。20世纪80年代，以腹腔镜胆囊切除术为标志的微创手术取得突破性进展，在许多领域取代了传统开刀手术，称为第二代外科手术。进入21世纪，手术机器人得到开发并迅速投入临床应用，被认为是外科发展史上的一次革命，也预示着第三代外科手术时代的来临。医用机器人是一种智能型服务机器人，它能独自编制操作计划，依据实际情况确定动作程序，然后把动作变为操作机构的运动。随着发达国家进入老龄化，医疗、护理和康复的需求增加，同时由于人们对生活品质追求的提高，使得医疗不管在质还是量都得满足更高水准的要求。另一方面，医护人力相对缺乏，医用机器人作为新兴医护手段具有巨大的发展潜力。（一）医用机器人用途广泛，医疗卫生智能化医用机器人集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域，在军用和民用上有着广泛的应用前景，是目前机器人领域的一个研究热点。根据IFR的分类，医用机器人归属于专业服务机器人，其自身可以分为四个类别，诊断机器人、外科手术辅助机器人、康复机器人及其它。医用机器人用途主要为用于伤病员的手术、救援、转运和康复，是医疗卫生装备信息化、智能化的重要发展方向之一。尤其是外科手术机器人，医生透过它所提供的灵巧操控、精准定位以及术前规划，可以使得病患手术伤口减小、术后迅速恢复正常生活等，达到精准性和微创性两大优点。（二）医用机器人市场：单位价值最高的专业服务机器人目前，全世界已有33个国家、800多家医院成功开展了60多万例机器人手术，手术种类涵盖泌尿外科、妇产科、心脏外科、胸外科、肝胆外科、胃肠外科、耳鼻喉科等学科。根据国际机器人联盟的2013年的机器人统计报告，2012年全球医用机器人销量为1308台，同比增长20%，占全部专业服务机器人销量的8%，市场规模约为60亿美元。其中外科手术辅助机器人销量为1053台，环比上升6%，总销售额达14.95亿美元，占医用机器人销售额的44%。医用机器人是单位价值最高的专业服务机器人，每台医用机器人（包括附件和零部件）售价可达150万美元。虽然当前医用机器人普及率还很低，并且安装的大部分是发达国家，未来3-5年里医用机器人在手术中的使用率会迅速上升到一个比较高的层次，约占50%，医用机器人市场潜力巨大。预测在未来的4年里，医疗机器会以每年19%的速度增长。三、农业机器人现代的农业机器人是集传感技术、监测技术、人工智能技术、通讯技术、图像识别技术、精密及系统集成技术等多种前沿科学技术于一身的机器人。虽然已经出现了功能各异的农业机器人，但整个机器人是一个依靠自动控制实行操作功能或移动功能的完整的系统，主要包括以下几部分：执行机构、动力元件、传动装置、传感器、计算机。农业机器人的作业对象一般是农作物，这种作业对象形态各异，生长环境也大不相同。在设计农业机器人时就要考虑作业对象的自身特征以及外界的生长环境等诸多因素，因此要求农业机器人具备程序性、适应性和通用性3种特性。程序性指对于农业机器人改变不同的程序指令，就能改变判断基准和动作顺序；适应性指根据不同的作业环境和结合机械本身的情况，自动调整作业的质和量；通用性指功能改变可通过部分软硬件的变更。通过现有的工业机器人实现农业机器作业是农业机器人的主要实现方式，但与工业机器人相比，有以下不同的特点。（一）作业的娇嫩性和不确定性农业机器人的作业对象主要是农作物，而农作物一般都软弱易伤，在对其操作时必须把握合适的力度，才使农作物不被损坏。同时农作物因为发育程度的不同导致形态各异，相互之间差异较大。（二）作业环境的非结构性农作物是一个生长的个体，随着时空的变化而变化。农业机器人的作业环境主要是农作物的生长环境。农作物的生长环境不仅要考虑到地形环境的因素，还要考虑到天气、光照等自然条件的影响。为此，需要农业机器人能够适应变幻无常的作业环境，具有较高的智能。（三）作业动作的复杂性农业机器人一般边作业边行走，行走路线要求遍历整个田间所覆盖的面积，且行动范围比较狭窄。（四）操作对象和价格的特殊性农业机器人的使用对象是农民，在设计上要考虑操作的简易性、实用性，同时要兼顾使用者的经济实力，价格范围应保证在其使用者的经济实力范围内。四、教育机器人所谓机器人教育，通常是指学习机器人的基本知识与基本技能，或利用教育机器人优化教育教学效果的理论与实践。2002年在北京召开的“关注中国未来的竞争力一一儿童数字化启蒙”研讨会上，与会专家一致认为，将数字信息技术介入到传统的幼教方式中去，利用有效的手段与工具对儿童进行数字化启蒙，关系到儿童未来的成长和中国未来的竞争力。在国外，机器人教育一直是个热点：早在1994年麻省理工学院（MIT）就设立了“设计和建造LEGO机器人”课程（Martin），目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力，尝试机器人教育与理科实验的整合；麻省理工学院媒体实验室“终身幼儿园”项目小组开发了各种教学工具，通过与著名积木玩具商乐高公司的紧密合作，该项目组开发出可编程的乐高玩具，帮孩子们学会在数字时代怎样进行设计活动。同时，国外的一些智能机器人实验室也有相应的机器人教育研究的内容。新加坡国立教育学院（NIB）和乐高教育部于2006年6月在新加坡举办了第一届亚太ROBO-LAB国际教育研讨会，通过专题报告、论文交流和动手制作等方式，就机器人教育及其在科技、数学课程里的应用进行交流，以提高教师们开展机器人教育的科技水平与应用能力。近年来我国的机器人教育有了很大的发展。教育机器人逐步成为中小学技术课程和综合实践课程的良好载体。教育机器人与学科教育相结合，可以帮助科学、数学、力学等等学科的教学，在国内已经有学者提出机器人与理科教学整合的想法。（二）机器人教学教育机器人作为教学内容进入中小学，无论国内还是国外，目前都处于起步阶段。从各地情况来看，较多的学校只是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。通常的做法是由学校购买若干套机器人器材，由信息技术课程教师或综合实践课程教师进行指导，组织学生进行机器人组装、编程的实践活动，然后参加一些相关的机器人竞赛。目前，只有极少数的地区和学校将机器人教学纳入了正规课堂教学。2000年，北京市景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中，在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001年，上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005年，哈尔滨市正式将机器人引人课堂教学，在哈尔滨师范附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程，用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。此外，香港在高中及高等教育新学制的改革中，也在高中“设计与应用科技”课程中增设了机器人制作的课程。我国教育部于2003年4月正式颁布普通高中技术课程（实验）标准，首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块，它是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块。该模块为学生提供了运用当代先进技术和先进思想方法进行设计、制作，以解决实际问题的机会。与此同时，新的高中课程标准在“信息技术”科目中也设立了“人工智能初步”选修模块，迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步，这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。（三）机器人竞赛开展各种展示和竞赛活动是普及机器人教育的一个重要途径，机器人竞赛项目的内容、规则及评分办法等的创意设计都极富创造性和挑战性。通过组织丰富多彩的青少年机器人竞赛，可以激发广大青少年对科技的兴趣，提高青少年的科学素质，并为机器人研究和开发储蓄后备人才。国际、国内几项影响较大的机器人竞赛包括：FIRA机器人足球赛，由国际机器人足球联盟FIRA（http：/）举办，自1995年以来，FI-RA在全球每年举行一次机器人世界杯比赛（FIRACup），同时举办学术会议（FIRACongress），供参赛者交流他们在机器人足球研究方面的经验和技术。机器人足球世界杯赛RoboCup（http：/），这是为促进人工智能技术以及相关领域的发展而设立的一个国际性的研究和教育组织，选择了足球赛作为基本领域来促进人工智能和机器人的研究。目前RoboCup包括小型机器人、中型机器人、四腿机器人等比赛项目，在比赛的同时还开展其它相关活动。机器人灭火比赛（http：//events/robot/）、FLL机器人世界锦标赛（http：//）、机器人迷宫（http：/micromouse.cs.rhul.ac.uk/）也是较有影响的机器人国际赛事。2006年10月，由中国自动化学会、RoboCup中国委员会和科技部高技术研究发展中心联合主办的2006中国机器人大赛及2006RoboCup中国公开赛在苏州举行。“中国青少年机器人竞赛”是2001年起由中国科协青少年工作部积极创意并组织开展的一项青少年科技活动，该赛事每年一度，己相继在广东、河南、广西、陕西举办，第六届中国青少年机器人竞赛于2006年7月在云南昆明举行。五、军用机器人军用机器人的研制涉及到国家军事安全，属于军用设备的高端产品。军用机器人强国包括美德英法意以日韩，这些国家不仅在技术处于研究的先列，其产品已经在军事上有了实际运用。美国目前在军用机器人技术上，无论是在基础技术、系统开发、生产配套方面，还是在技术转化和实战应用经验上都处于绝对领先地位。美国军用机器人开发与应用涵盖陆、海、空、天等各兵种，是世界唯一具有综合开发、试验和实战应用能力的国家。美军已经装配了超过7500架无人机和15000个地面机器人，美国国会曾批准2015年美军作战平台中无人作战系统的比例达三分之一的方案。美国在2007年12月18日发布了无人（驾驶）系统路线图（Unmanned Systems Road map，包括无人机系统、无人地面系统、无人水下系统。该路线图提供了全方位国防对无人系统及其相关技术的愿景。美国国防部现正在研制智能机器人的集成作战系统（FCS）的计划用于提升海陆空军事系统实力，包括四大类机器人：用于监视、勘察导弹的无人驾驶飞行器（UAV）；用于深入士兵无法进入的危险领域获取信息的小型无人地面车辆（UGV）；在战斗中负责补充作战物资的多功能后勤保障机器人（MULE）；还有运输功能强大的武装平台和运输复杂的侦查设备的武装机器人战车（ARV）。德国的智能地面无人作战平台的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。二战中德国研制的数千辆遥控无人自爆式坦克是无人战车的最早雏形，着重研究装备方面的自主系统和图像分析系统，在20世纪80年代中期就提出了要向高级的、带感知的智能型机器人转移的目标。德国的智能机动无人系统计划（PRIMUS）是德国的重要的地面无人车辆项目，以数字化“鼬鼠”装甲车为试验平台，目标是开发通用的功能模块，以便根据不同的任务选择相应的基本功能模块组成各种优化系统。其次，德国在欧洲各国的反水雷战方面处于领先地位，德国的STN、HDW等公司研制用于反潜战的水下无人航行体TCM/TAU2000鱼雷对抗系统是为海军服务的，保护海上交通线及在恶劣的浅水环境中港口的畅通，在较深的海岸水域中，保护航母作战群和其他高价值的部队，准备直到拍岸浪区的两栖攻击。德国海军还有总经费为2.5亿美元的专业反水雷舰队的改造计MJ334，把扫雷舰改造成为猎雷舰尽量减少、消除水雷对人员及装备的威胁。英国开展地面无人作战平台研制的时间较长，早在20世纪60年代末英国Hall Automation公司研制出自己的机器人RAMP。英国地面军用机器人的研究方针是：由遥控机器人走向自主机器人，包括“地雷探测、标识和处理计划”（MINDER）、“小猎犬”战斗工程牵引车（CET）和可突破壕沟、雷区等多种障碍物的未来工程坦克（FET）。而英国履带式手推车及超级手推车排爆机器人已经装备在50多个国家的军警机构。法国是欧洲研制地面机器人的主要国家之一，不仅在地面无人作战平台拥有量上居于世界前列，在地面无人作战平台应用水平和应用范围上处于世界先进水平，计划在数年时间内研制大量警戒机器人和空军基地低空防御机器人。代表军用机器人有自主式快速运动侦察演示车（DARDS）和目标压制的无人目标捕获系统（SYRANO）。意大利在后期也加入军用机器人的研制行列，和法国和西班牙联合开发移动式机器人“AMR”，包括野外快速巡逻机器人，运送其他机器和进行监测工作和可以在复杂堆积物地方爬行的机器人，遥控或者自主控制。以色列也是自主研制的无人军用机器人很早的国家，其中包括用于安全任务的自主导航机器人车辆和用于支持步兵城市作战的手携式机器人等。以色列“守护者”（Guardium）军民两用全自动安全系统，可连续地对机场、港口、军事基地、重要管线以及其他有全日安全监视需求的设施执行巡逻任务。日本是高精技术的强国，日本政府给予了财政支持自卫队的机器人野战应用可行性研究，开发探雷及排雷机器人。日本的UUV技术用于地震预报、海洋开发如水下采矿、海底石油和天然气的开发。日本的灭雷具的ROV技术国际领先，其耗资6千万美元KaikoROV可以下潜到世界上最深的海底。韩国是亚洲机器人技术研制的强国，三星集团研发的SGR-1哨兵机器人被韩国政府部署在三八线附近。SGR-1个头与3岁孩子相当，体重17公斤，装备多种探测装备，昼夜不停地站岗，能够发现几公里外的隐秘威胁，在侦测到闯入者时会发出警报，后方的机器人管理员将通过机器人盘问闯入者，并决定是否用该机器人的5.5毫米口径机枪将其射杀。韩国联合参谋本部作战处上校崔谨孝曾经说过机器人可以使韩国军队的战斗力增强2-4倍。六、水下机器人（一）产业化刚刚起步水下机器人可在海洋环境监测、海洋资源勘察开采等方面发挥重要作用。2010年，美国墨西哥湾的一座深海油井的钻井平台爆炸起火，为堵住漏油井口，石油公司派出了多个水下机器人下潜到1500米深的海底进行了作业。此外，打捞业的发展也造就了对水下机器人越来越多的需求。我国研究水下机器人的单位较多，内容也五花八门，但代表国内先进水平的仅有几家，即哈尔滨工程大学、中国科学院沈阳自动化所、上海交通大学、中国船舶重工集团公司第七二研究所等。近年来，这些机构加大了在这方面的研发力度，有的还与企业合作，开拓这一需求不断增长的市场。2013年7月，国产3000米水下机器人产业化项目通过国家科技部国际合作项目初审，标志着重庆前卫仪表有限责任公司、哈尔滨工程大学和俄罗斯科学院远东分院合作开展的我国首个深海石油开采水下机器人产业化项目正式启动。预计深海水下机器人工程样机将于2016年研制出来，2018年实现产业化，并达到年产2050台套、相关产业产值约为300亿元的目标。2013年10月开工的山东海纳海洋科技有限公司“水下机器人”产业园将在两年内建成，届时潍坊滨海将成为我国重要的水下机器人研发生产基地，为该项目提供技术支持的是中国海洋大学和中国海洋研究所。此前的201