产业观察丨智能服务机器人产业发展研究

来源:中国信通院西部分院;由“重庆市物联网产业协会”整理发布

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随着机器视觉、机器学习、语义理解等人工智能技术的进步,机器人行业实现飞速发展。本文重点从核心零部件、软件与操作系统以及整机制造与应用三个方面对智能服务机器人产业链进行梳理和分析,并结合当前智能服务机器人产业发展趋势及重庆市发展实际,提出重庆市智能服务机器人产业发展建议。

01

机器人产业链概述

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,主要包括家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。其中,公共服务机器人指在农业、金融、物流等除医学领域外的公共场合为人类提供一般服务的机器人。其产业链上游主要包括芯片、舵机、传感器、控制器、摄像头、电源模组等零部件;中游主要包括图像识别、语音识别、操作系统等系统集成以及整机研发、设计、制造等;下游主要指家用服务机器人、医疗服务机器人、公共服务机器人等产品应用。根据IFR统计数据显示,2019年中国服务机器人市场规模约22亿美元,约占全球25%市场份额。2015年到2019年间,中国服务机器人的销售额增速持续高于全球服务机器人销售额增速,保持良好增长态势。

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图 服务机器人产业链

02

智能服务机器人产业链分析

(一)核心零部件

1.芯片

目前,智能服务机器人大多使用通用芯片,包括CPU、GPU和FPGA。除了通用芯片,近年来,英伟达、中科院等企业和研究机构也研发出了基于深度神经网络的专用AI芯片,有望在智能机器人、智能驾驶等领域得到广泛应用。国内提供AI芯片的公司主要包括寒武纪科技、地平线机器人、比特大陆等。根据《中国人工智能芯片产业发展白皮书》,2018年中国AI芯片市场继续保持高速增长,整体市场规模达到80.8亿元,同比增长50.2%;预计2021年云端产值将达到106亿美元,终端领域将达到5.55亿美元。

2.舵机

舵机是由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统,性能优良、质量可靠、控制精度高,并且可做转轮使用,适合各种功能和尺寸的机器人。此外,在机器人应用中,舵机是连接各机构的连接器,通过微型电机的驱动可实现各种动作。由于中国在该领域起步较晚,技术不成熟,减速器、电机等零件国外已基本形成垄断局面。但随着机器人行业的快速发展,越来越多的机器人企业逐渐重视舵机的自主研发,加上国产品牌相较外资品牌具备明显的价格优势和渠道下沉优势,未来有望实现国产替代。

3.传感器

传感器就像人类的各种感知器官,为机器人提供了视、力、触、嗅、味等五种感知能力,让其拥有灵活的身姿、灵敏的智能,以及全自动化的操作。同时,传感器还能从内部检测机器人的工作状态,保证机器人作业的稳定性与灵敏性,从外部探测机器人的工作环境和状态。随着传感器的应用场景不断拓展,中国传感器市场规模稳步提升,统计数据显示,2019年中国传感器市场规模达到2188.8亿元,同比增长12.7%。但同时国产传感器自主创新能力弱、产业化能力不足、科研成果转化效率低等问题不同程度存在,导致国产产品市占率不高,目前全球传感器市场有70%份额被美、日、德占据,国产传感器仅有不到10%的份额,国内中高端传感器产品几乎完全从国外进口。

4.摄像头

摄像头作为重要的成像工具应用范围不断拓展,目前已在移动终端、汽车、无人机、机器人、视频安防、AR等领域被广泛使用。随着摄像头技术进一步演进,在结合新的软、硬件技术之后具备虹膜识别、人脸识别等感知和识别能力,这推动摄像头在智能机器人等领域的深度应用。对于具有机器视觉,但无需深度或距离信息的机器人,普通2D数码摄像头是比较通用的选择。但对于需要获取3D信息的场景,使用超声、红外或3D感测技术的摄像头会更适合。据Yole预测,2018年全球摄像头模组市场规模达到271亿美元,未来五年将保持9.1%的复合年增长率,预计至2024年全球规模有望达到457亿美元。

(二)系统集成与整机制造

1.系统集成

(1)图像识别

图像识别技术,是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解,以识别各种不同模式的目标和对象的技术。目前,以码隆科技、旷视科技、商汤科技为代表的视觉龙头公司,已经将人脸识别和图像识别应用于金融、安防、公安、社交、娱乐等领域。未来,随着深度学习技术不断进步、大数据的积累,以及芯片计算能力的提升,图像识别技术将越来越成熟,并逐渐拓展到更多应用领域。据麦姆斯咨询报告显示,2016年,全球图像识别市场规模为159.5亿美元,到2021年将达到389.2亿美元,期间的复合年增长率将达到19.5%。

(2)语音识别

国内的语音产业从最初的萌芽到技术突破,再到产业化阶段以及目前的快速应用阶段,已经形成了相对成熟的产业,也诞生了科大讯飞这样的行业巨头。同时,思必驰、云知声、出门问问、捷通华声等企业,从新兴的智能车载、智能家居、智能机器人等领域切入,也较好地实现了商业化落地。此外,百度、搜狗等大型互联网公司也在发展自己的语音技术,用于支撑其AI平台及C端应用和产品。根据《2020年中国智能语音行业分析报告》,预测2021年我国智能语音产业市场规模将突破100亿元的市场规模,在未来的几年内将依旧保持高速增长。

(3)操作系统

当前最通用的机器人三大操作系统为Ubuntu系统、Android系统和ROS系统,其中Android系统使用率最高,而ROS系统具有点对点设计、多语言支持、精简与集成等优点,因此在诸多大学和研究机构被广泛应用,已成为学术界指定的创新验证平台。此外,国内小i机器人和图灵机器人虽自主研发出了机器人操作系统iBot OS和Turing OS,但仍只在小范围应用。在机器人应用与发展过程中,未来需构建一个广义的操作系统,在驱动本体的支持下,完善部件驱动、环境感知、行为管理、数据传输等功能,从而增强机器人可视控制、模拟仿真、数据传输和深度学习的能力。

2.整机制造

服务机器人整机制造环节主要包括服务机器人整机设计、加工、组装等企业,由于服务机器人技术门槛较高,且尚未形成规模化市场应用,目前大部分服务机器人企业以自主研发和生产制造为主,仅部分企业通过委托设计制造(ODM)、贴牌代工(OEM)等方式生产产品。同时,随着服务机器人应用领域的拓展,对服务机器人的重量、体积和灵活度等提出更高的要求,服务机器人研发水平不断提升,工艺技术加速创新,服务机器人逐渐向微型化、轻型化、柔性化方向发展。

(三)产品应用

1.家用服务机器人

家用机器人主要分为工具型机器人和教育型机器人,其中工具型机器人包括扫地机器人、智能音箱等,目前已实现规模化量产;教育型机器人正处于高速发展期,技术和产品更迭不断加快。从细分领域来看,扫地机器人发展较为迅速, 虽然iRobot、科沃斯等国际品牌商仍长期占据较高市场份额,小米、石头、海尔等国产品牌加速崛起,应用市场不断拓展。根据亿欧发布数据显示,2019年中国扫地机器人吸尘器整体市场比例达51.8%,远高于美国、日本、韩国等发达国家。教育型机器人以家庭需求为主,目前已涌现出日本软银、丹麦乐高、美国General Robotics等国际品牌企业,以及优必选、康力优蓝、未来伙伴、科大讯飞、智伴科技等一批优秀的国内品牌企业,消费市场正加速扩展。据IFR预测数据显示,2018-2020年,全球娱乐休闲机器人复合年均增长率达17.80%,其中,教育机器人将达到22.45%。

2.医疗服务机器人

医疗机器人产业主要包括医疗手术机器人、医疗康复机器人、医疗辅助机器人、医疗后勤机器人等,随着当前医学与大数据、人工智能等技术演进与融合发展,以及用户对医疗需求的不断增加,医疗机器人产业加快发展。但总体来看,目前,医疗机器人产业整体处于发展初期,市场以国外龙头企业为主,我国多数企业处于发展初期,以北京、深圳、上海等发达地区为主。从细分领域来看,医疗辅助机器人技术门槛相对较低,在社区服务、养老服务中应用推广较快,市场占比较大;医疗手术机器人应用成本较高,发展相对缓慢;医疗后勤机器人技术难度与产品价格相对较低,且应用场景较多,市场空间拓展较快。据波士顿咨询预测,全球医疗服务机器人规模在2020年有望达到114亿美元,成为第二大机器人市场。

3.公共服务机器人

公共服务机器人包括引导接待机器人、末端配送机器人、智能安防机器人等,其中,引导接待机器人技术门槛相对较低,且应用场景较广,目前已在餐厅、银行、酒店、机场、医院、养老院等场所应用,并逐步向零售等行业拓展;末端配送机器人是物流产业发展的刚性需求之一,随着人力成本的不断提高,传统物流业正加速向智能化方向发展,京东、美团等大型电商企业纷纷布局AGV无人车,利用“AI+无人车”技术解决物流中的“最后一公里”问题;安防机器人主要功能包括安全巡逻、监视、预警以及远程指挥和调度等,可应用于工业生产、安防巡检、监测预警等场景,未来随着5G网络商用,有望加速带动市场增长。

03

重庆市发展智能服务机器人产业的建议

(一)加强政策扶持

加强统筹规划和资源统筹,统筹协调各级政府部门资源和力量,推动重庆市服务机器人产业发展,鼓励有条件的区县发展服务机器人产业集群。加大金融服务支持力度,引导和推动金融机构创新,建立机器人产业发展基金,提高企业研发应用积极性;探索与银行建立信贷风险补偿机制,发挥财政资金的导向和放大作用,鼓励和引导金融机构向有融资需求的中小企业发放贷款。加大技术人才培养力度,对服务机器人领域领军人才、科研创新高端人才、复合型人才给予专项资金奖励,全面建立人才服务绿色通道政策,在住房、子女入学、医疗保障、居留签证等方面提供高效的专项服务。

(二)开展核心技术攻关

鼓励本地龙头企业和相关科研院校重点突破产业链设计、研发、制造、组装监测及集成应用等核心技术研究。集中攻克智能芯片、伺服舵机、传感器、机器视觉等关键零部件技术,为机器人及人工智能产业的持续创新提供有效支撑。支持本地重点高校和科研机构成立机器人产业研究联盟,建立机器人核心技术实训基地,定向培养机器人研究专业性人才。充分利用和整合现有科技资源和研发力量,建立机器人及人工智能产业科技转化平台,积极推动科技成果的转化,提高机器人及人工智能产业科研转化率,让科研成果“落地生根”。

(三)加强企业引育

开展重点环节招商引资,紧紧围绕伺服舵机、传感器等核心零部件,研发设计、整机制造等环节开展下重点企业和重点项目招引。推进精准招商,研究制定针对服务机器人产业招商引资工作图谱,推动项目快速推进,为全市招商引资有序、高效开展提供机制保障。鼓励支持本地机器人企业拓展产品范围,延伸服务机器人产品线。扶持本地具有自主知识产权的机器人科技型中小微企业,培养一批“专、精、特、新”的中小企业,形成大中小企业优势互补、协调发展的产业体系,推动服务机器人产业规模化、集群化发展。

(四)加强推广应用

以建设新型智慧城市为契机,在智慧教育、智慧医疗、智慧社区等场景率先开展服务机器人试点示范应用,探索形成可推广模式,同时在银行、商场、酒店、展馆等垂直行业开展应用,为民众提供咨询办理、宣传讲解、位置指引等智能服务。依托智博会等国际大型开放活动平台,大力宣传推广重庆本地服务机器人,借助国际物流大通道优势,积极稳妥推动本地企业和产品“走出去”,进一步扩大重庆服务机器人影响力和美誉度。定期开展科普宣传活动、加强科普宣传,充分发挥重庆机器人在科学、机器人传播与应用推广中的重要作用。