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服务机器人―全球PR(PersonalRobot)时代

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随着中国人口红利消失,机器人不仅在制造业上正在替代工人,还将在军事、服务、娱乐等领域取代人类,“钢铁侠”已不仅仅存在于美国科幻电影中,而正走入我们的生活。根据国际机器人联盟的定义,服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人,它能完成有意于人类健康的服务工作,但不包括从事生产的设备。服务机器人的定位就是服务。从机器人的功能特点上来讲,它与工业机器人的一个本质区别在于,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。

服务机器人产业链结构:清晰多维。服务机器人行业生产所用的主要零部件为自动焊机、电子器件、微处理器、机器人用伺服电机、高精度减速器、机加件、气动元器件、传感器、电池、单板机等,归属于标准零部件、电子设备及电子元器件等。服务机器人产业的下游则主要是医疗、家用、农用、军事等行业和领域。

世界服务机器人――处于起步发展阶段

一、服务机器人前列国家:美日韩德法

数据显示,目前世界上至少有48个国家在发展机器人,其中25个国家已涉足服务型机器人开发。在日本、北美和欧洲,迄今已有7种类型计40余款服务型机器人进入实验和半商业化应用。日前美国正在致力于将为军队伤病员开发的机器人假肢和小型无人侦察直升机等技术转为民用,欧盟最近启动全球最大民用机器人研发项目,到2020年将投入28亿欧元研发用于医疗、护理、家务、农业和运输等领域的机器人。在服务机器人领域,发展处于前列的国家中,西方国家以美国、德国和法国为代表,亚洲以日本和韩国为代表。

美国是机器人的发源地,美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位,其技术全面、先进,适应性十分强,在军用、医疗、家用服务机器人产业都占有绝对的优势,占服务机器人市场约60%的份额。

日本是机器人生产、研发和使用大国,一直以来将机器人作为一个战略产业,在发展技术和资金方面一直给予着大力支持。有报告指出日本在2006-2010年5年间为了攻克关键的服务机器人技术每年投入1000万美元用于研发服务机器人。近年来,巨大的老年护理市场需求促使企业竞相研发小型家用机器人。2013财年,日本政府拨款23.9亿日元,帮助24家企业开发和推广护理机器人。日本还计划至2020年,实现产业机器人市场规模翻番,扩大至1.2万亿日元(约合人民币732亿元),主要增量将集中在服务机器人。护理和医用机器人领域的市场规模也将达到1.2万亿日元,是现在的20倍。

韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业,把服务机器人作为国家的一个新的经济增长点进行重点发展,对机器人技术给予了重点扶持。

德国向来以严谨认真称世,其服务机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位:其开发的机器人保姆Care-O-Bot3遍布全身的传感器、立体彩色照相机、激光扫描仪和三维立体摄像头,让它既能识别生活用品也能避免误伤主人;它还具有声控或手势控制有自我学习能力,还能听懂语音命令和看懂手势命令。

法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列,而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平。法国政府一开始就比较重视机器人技术,大力支持服务机器人研究计划,并且建立起一个完整的科学技术体系,特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。

二、市场规模:增速快,空间广阔

1.当前服务机器人市场销量:增速快

根据IFR2013年世界服务机器人统计报告,服务机器人2012年总销量为301.6万台,总销售额为46.2亿美元。其中个人/家用服务机器人销量为300万台,环比上升20%,总销售额为12亿美元;专业服务机器人2012年总销量为16067台,环比增长2%,销售额为34.2亿美元。

专业服务机器人:1998年至今,专业服务机器人累计销量已超过12.6万台。专业服务机器人2012年总销量为16067台,比2011年的15776台增长了2%,而2012年销售额为34.2亿美元,环比略降1%。其中军用机器人销量为6200台,约占总销量40%;场地机器人销量为5300台,占销量比例33%;医用机器人销量1308台,环比上升20%,占总销量8%;物流用途机器人1376台,环比上升11%,占专业服务机器人总量比例9%,销售额为1.96亿美元。在专业服务机器人中,医用和物流用途机器人是增长潜力最大的两类专业服务机器人。

个人/家用服务机器人:2012年销量约为300万台,环比上升20%,总销售额为12亿美元。其中家用机器人销量约196万台,销售额6.97亿美元,环比上升53%;娱乐机器人销量约为110万台,环比上升29%,销售额为524万美元;残障辅助机器人销量为159台,环比上升2%。其中家用服务机器人和娱乐机器人大致占97%的市场份额,残障辅助机器人市场份额很小,目前覆盖十分率低,但潜力大,因为当前许多国家正在运作此类项目和计划以推广残障辅助机器人的技术和使用率。根据中科院的研究分析,个人/家用服务机器人发展的三大趋势是与人合作、以手机作为处理核心以及可以接通云服务的机器人,目前四大研究热点是教育娱乐、公共安全、信息服务以及智能家居。

2.未来预估服务机器人市场:500亿美元级别

IFR报告预期,从2013年到2016年,全球工业机器人市场将以年均6%的速度增长,中国是这一增长趋势的领跑者,年均增长率达15%。根据marketsandmarkets的报告,2011年全球服务机器人市场规模为183.9亿美元,到2012年增长到207.3亿美元,计2012-2017年全球服务机器人市场规模复合增速将达到17.4%,到2017年达到461.8亿美元。对于专业服务机器,IFR预测2013-2016年估计有94800台专业服务机器人会得到安装使用,销售额达171亿美元。其中军用机器人销量约达28000台;场地机器人中的挤奶机器人销量估计为24500台。两者占总专业服务机器人销量55%。

对于个人/家用服务机器人,IFR预测2013-2016年估计会有220万个人/家用机器人得到销售。其中家用机器人销量估计为1550万台,销售额达56亿美元;娱乐机器人为350万台;教育类机器人300万台;残障辅助机器人估计为6400台。随着相互学习与共享知识云机器人技术获得重大突破,小型家庭用辅助机器人大幅度降低生产成本,将在2020年之前形成至少累计416亿美元的新兴市场;另一方面虽然残障辅助机器起步还是很慢,但可预测未来20年会有高速增长。

三、中国服务机器人的发展:起步慢机会大

智能服务机器人是未来各国经济发展的有力支柱之一,国家不断提高对机器人产业的重视度,中国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》把智能服务机器人列为未来15年重点发展的前沿技术,并于2012年制定了《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》支持行业发展。

中国的服务机器人市场从2005年前后才开始初具规模但中国在服务机器人领域的研发与日本、美国等国家相比起步较晚,与发达国家绝对差距还比较大,但相对起工业机器人而言则差距较小。因为服务一般都要结合特定市场进行开发,本土企业更容易结合特定的环境和文化进行开发占据良好的市场定位,从而保持一定的竞争优势;另一方面,外国的服务机器人公司也属于新兴产业,大部分成立的时候还比较短,因而中国的服务机器人产业面临着比较大的机遇和可发展空间。

目前,中国的家用服务机器人主要有吸尘器机器人、教育、娱乐、保安机器人、智能轮椅机器人、智能穿戴机器人、智能玩具机器人,同时还有一批为服务机器人提供核心控制器、传感器和驱动器功能部件的企业。

四、国际服务机器人行业知名企业及中国领先科研机构

国际服务机器人行业知名企业代表列举如下:美国iRobot公司、R emotec公司、德国宇航中心、德国机器人技术商业集团、德国KUKARoboterGmbh公司等等。中国服务机器人行业领先科研机构列举如下:湖北省智能机器人重点实验室、北航机器人研究所、南开大学机器人与自动化研究所、上海交大机器人研究所和哈工大机器人实验室等等;服务机器人行业领先企业列举如下:广州中鸣数码科技有限公司、沈阳尤尼克斯机器人有限公司、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、盟立自动化科技(上海)有限公司及上海未来伙伴机器人有限公司等。

医用机器人――第三代外科手术时代

一、行业概述:医疗行业的新兴增长点

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。

1.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。

2.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,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,但摩根的近期的一个调查研究中问及外科医生们未来他们会在自己在手术中多高频率的使用医用机器人,数据表明美国的外科医生们认为未来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。IFR预测在未来的4年里,医疗机器会以每年19%的速度增长,2016年全球市场规模估计会增长到119亿美元。

二、中国医用机器人的发展:技术有所突破,挑战与机遇并存

1.总体水平:整体水平低,普及率低

医用机器人在中国现在还处于整体水平技术低下发展缓慢的阶段,与发达国家差距巨大,缺乏研究医用机器人的人才和技术。中国目前还没有成型的规模化医用机器人产品,中国机器人网上列出的医疗机器人除了上海硅莱实业有限公司生产的便携式牙科治疗机之外都是小型机器人部件,而便携式牙科治疗机的功能简单,价格低下。

但在国家的支持下,中国的医用机器人也取得了一定的突破,2013年11月,哈工大机器人研究所研制的“微创腹腔外科手术机器人系统”,通过了国家“863”计划专家组的验收。这一手术机器人的出现意味着进口达芬奇手术机器人技术垄断的打破,中国将加快实现国产微创手术机器人辅助外科手术机器的开发。2014年3月由妙手机器人科技集团和天津大学合作研发的“S妙手”机器人首次用于临床为3位患者进行了胃穿孔修补术和阑尾切除术。与此同时,许多高校和企业也正在把医用机器人研究开发作为重点课题项目进行合作,其中,胃镜诊断治疗辅助机器人系统研制就是十二五国家科技支撑计划课题,由博实股份主导,为解决胃肠道疾病治疗过程中的及时止血难题,以提升中国先进医疗装备的创新及产业化。

目前中国医用机器人的普及率和使用率低下,截止直觉外科公司2014年第一季度的统计报告,中国只安装了25台达芬奇机器人,而台湾、韩国及日本则已经安装了20、44以及178台达芬奇机器人。而根据世界银行2014年1月公布的人口数据,大陆人口分别是台湾、韩国及日本的58倍、27倍和10倍。虽然中国目前医用机器人使用率和普及率低下,但这也反映出中国医用机器人的市场潜力巨大。许多企业比如博实、新松机器人都在公司的产品规划中加入了医疗机器人开发的战略布局,而国际企业也针对中国市场扩大产能。比如2013年安川在中国常州新建工厂进行了产能扩张并计划推出一款针对中国市场的康复机器人。

2.中国医用机器人有其刚性驱动因素,市场规模可达亿级

医用机器人会是中国医疗工具和手段的前沿发展方向,驱动其发展的因素有:对各种疾病诊断和治疗的巨大高端技术需求、老龄化对老残辅助和护理的社会压力以及高素养医护人员的缺乏导致的供需矛盾。

医用机器人与传统人工技术相比有许多技术优势,具有精细化智能化微创化的特点,可以更精确地诊断症状,科学分析病理,降低人工操作失误,并可以减少患者在手术过程中的痛苦,使患者恢复的速度加快。医用机器人在中国经济持续高速发展进入更高层次的时候必定替代一部分传统的人工技术。

目前中国已成为世界上人口老龄化速度最快的国家之一。2012年的数据显示,未来5年中国超过60岁的老人将达到1.49亿人,占总人口的11%,占世界老龄人口总数的五分之一,中国在可预见的未来对于养老护理的需求极大;另外,中国的残疾人总数巨大,2013年已经与德国总人口数相当,对残障机器人和康复机器人的需求总量大。

中国是一个发展中的人口大国,医生和护士人数相对于人口基数十分缺乏,根据世界银行2014年公布的数据,中国每千人的护士仅为世界人均量的0.46,占日本的0.4,占美国的0.15;中国每千人的医生人数仅为日本的0.79,仅为德国的一半。因而医护人员的不足引起的供需矛盾使得医用机器人的发展具有更多的动力。

在这些驱动因素的促进下,中国未来的医用机器人发展市场巨大,根据IFR预测,2013至2016年的4年里医疗机器人会以每年19%的速度增长,2016年全球市场规模估计会增长到119亿美元。而中国作为服务机器人的高速增长部分,按目前中国市场占外科直觉公司的销售比例估计,2016年中国的医疗机器人会达到0.97亿美元的市场规模。

3.国内重点医用机器人公司/研究机构:医疗技术商业化有待提高

随着医用机器人技术的不断突破和发展,从2005年开始中国有一批重点高校科研医院单位及研究所在研究医用机器人系统并取得了一些小成就,比如哈工大的微创腹腔外科手术机器已经成功被专家验收,天津大学的妙手机器人在今年3月份开始临床使用;同时,随着医用机器人商业化市场化的可能性愈发明晰,已经有部分企业正在生产或者打算进军医用机器人细分行业,其中就包括机器人领先企业的博实股份和新松机器人。

家庭智能机器人――智能物联网时代家庭的核心终端

一、行业概述:物联网时代的家用智能机器人

随着智能技术的发展,在21世纪的头十年物联网已经开始和互联网一样引人注目。物联网这个名词最初由1999年美国麻省理工学院提出,即通过信息传感设备把用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络,被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网技术将会引起现有产业的大洗牌,而智能机器人正是在新一轮发展中极具前景的产业,未来一定是机器人的时代,家庭智能服务机器人就是物联网时代家庭的核心终端。

家庭智能机器人是指为人类服务的智能机器人,主要从事家庭服务,包括维护、保养、修理、运输、清洗、监护等工作,家庭智能机器人被定位为智能物联网时代中家庭物联网的核心信息中枢,具有人性化交互、运动化控制和组件化成长的特性。按照应用范围和用途的不同,家庭智能机器人分为电器机器人、娱乐机器人、厨师机器人、搬运机器人、不动机器人、移动助理机器人和类人机器人。

二、市场规模:世界经济增长引擎即将由IT进入RT时代

家用智能机器人被认为是未来最具发展潜力的新兴产业之一,美国研究公司(ABIResearch)的统计,2012年全球消费的智能家庭机器人产品总额已经达到16亿美元。IFR预测2013-2016年估计会有2200万台智能家庭机器人得到销售。其中家用机器人销量估计为155万台,销售额达56亿美元;娱乐机器人为350万台;教育类机器人300万台。随着相互学习与共享知识云机器人技术获得重大突破,小型家庭用辅助机器人大幅度降低生产成本,将在2020年之前形成至少累计416亿美元的新兴市场。世界经济增长引擎即将由IT进入RT时代(Roboticstechnology)。

日本是世界上机器人开发和研究最发达的国家之一,2010年家庭智能机器人产量为4万台,约占全世界50%;韩国也在积极开发家用机器人,2010年个人服务用机器人产值为1717亿韩元,韩国政府计划到2020年让每个韩国家庭都拥有一个能做家务的机器人。而中国家用智能机器人产业规模尚未形成,缺乏大型支柱企业,也没有形成有影响力的品牌,仅占全球机器人市场的4.5%。目前的状况是,中国家用智能机器人的电机、驱动器、减速器等关键部件主要靠进口,国产性能较差。

三、家庭清洁机器人:最成熟的智能家庭机器人

家庭清洁机器人是指能够进行家庭家务自动智能清洁的机器人,是集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体的机器人。吸尘机器人是智能移动机器人实用化发展的先行者,其研究始于20世纪80年代,而德国凯驰2006年生产的Rc3000是世界上第一台能够自行完成所有家庭地面清洁工作的清洁机器人,其内置有光电传感器和芯片控制,包含四种清洁程序,当遇到障碍时,会随机改变一个角度然后继续直走,直到遇到新的障碍物,会自动回到充电站完成充电和垃圾处理的任务,同时能够根据用户设定的信息来控制机器人完成相应的操作。家庭清洁机器人目前主要分为两个分类,一种是扫地机器人,一种是拖地机器人(包括干洗和湿洗)。智能扫地器是一种配备了微电脑系统的吸尘器,是靠吸力打扫卫生的,能够按照人们的设置自动智能地清洁房间的某一特定部分或全部并完成自动充电,适合几乎所有的地面,包括地板、地砖、地毯及部分地毯;拖地机器人则在使用中会用到水,一般靠喷水后再吸水来清洁家庭清洁机器人市场发展:历史短,发展迅速。家庭清洁机器人21世纪的新产品,但在其短短十几年的历史里却有着迅猛的发展,许多国家已经涉足并开发出家庭清洁机器人,其中前沿的国家主要有美国、德国、日本、瑞典及韩国等。

智能吸尘机器人是一个巨大的市场,随着经济水平和技术的提高,扫地机器人将会替代更多的传统型扫地设备,2013年数据统计,在家庭扫地市场上,北美市场为22亿美元,机器人占18%;欧洲、中东及非洲地区(EMEA)市场达25亿美元,机器人占20%;环太平洋与日本(APAC)市场为22亿美元,其中机器人占16%。

扫地机器市场具有巨大的潜力,增长势头强劲。13年家庭扫地机器人市场规模大于12亿美元,过去三年复合增长率达21.8%。扫地机器人对传统扫地设备的替代率不断提高,13年占扫地设备市场18.1%。

四、中国清洁机器人发展:渗透率低下

1.总体水平:渗透率低,生产规模小

从美国iRobot公司2002年成功研发吸尘机器人Roomba开启家用服务机器人时代开始,随着国内生活水平的提高,扫地机器人逐步进入中国。但扫地机器人在中国渗透率低下,有部分企业已经涉足扫地机器人的研发设计和销售,但生产规模小,市场潜力还未得到开发。

由于城市化水平还不足够高、国内收入差距巨大以及传统文化的影响,中国家庭清洁大部分还是采用传统的普通吸尘器设备或者人工清洁方式,扫地机器人渗透率十分低下。目前家庭服务机器人年销售额已经近10亿,但是沿海城市的产品渗透率刚达到5%,内地城市为0.4%,而美国家庭已经达到16%。相对比其他家用电器,洗衣机的渗透率已经几乎达到100%。扫地机器人渗透率低下的另外原因是扫地机器人价格相对而言比较昂贵,农村家庭和许多城市家庭还消费不起,但可估计,随着生活水平的继续提高,扫地机器人的渗透率会慢慢提高。

2.中国家用机器人驱动因素:人力成本提高及收入上升

中国家用机器人发展最主要的驱动因素有劳动力价格的提高、城镇居民人均可支配收入的提高等。劳动力价格的上升使得简单劳动的设备替代率明显上升,人们一方面想从简单家务劳动中释放出来而另一方面家政服务劳力的价格越来越高,因而家务机器需求有其刚性驱动。同时,随着中国经济的高速发展,在过去的10年里城镇居民的可支配收入大致翻了三倍,人们生活水平和消费水平不断地提高,越来越多的家庭具有家用机器人的购买能力。另外,现在信息和科技传播速度飞快,各种科技产品成本在竞争中下降迅猛。iRobot2013年在中国市场的家用清洁机器人销售额增幅大于3倍,刚公布的14年上半年年报显示受中国需求的强劲拉动iRobot在亚太地区清洁机器人销售增幅高达18%。在中国这种一个高速发展的人口大国,可预计,未来中国家用智能机器人的市场规模巨大。

3.中国清洁机器人公司:研产结合,表现良好,空间巨大

根据中国品牌网统计公布的2013年十大扫地机器人品牌排行榜,中国国产扫地机器人有6家上榜。目前为止,中国已经有一部分表现优良的企业涉足家用清洁机器人的开发和生产,都和国内高校研发机构有所合作,做到研产结合。当前机器人行业发展的宏观前景良好,市场潜力巨大,目前中国会在未来出现一批在细分行业技术领先表现良好的潜力企业。