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1、服务机器人产业调研,2014.03,提 纲,市场分析应用场景关键技术结论与建议,提 纲,市场分析服务机器人需求的宏观背景服务机器人市场现状及预测服务机器人发展路径及建议应用场景关键技术结论与建议,服务机器人需求的宏观背景,服务机器人需求的宏观背景,全球性的人口结构趋向老龄化，带来劳动力压力，发达国家趋势明显,如果没有有效措施，中国有可能未富先老,服务机器人需求的宏观背景,技术进步推动机器人价格持续下降，使机器人能够进入更多领域,服务机器人需求的宏观背景-小结,机器人需求正/负因素,获取资源养活人类,特殊操作超越人类,重复繁重解放人类,不知疲倦服务人类,移民延缓机器人需求（短期）,威胁人类就业机
2、会，社会反对普及机器人（长期）,创造就业机会,提 纲,市场分析服务机器人需求的宏观背景服务机器人市场现状及预测服务机器人发展路径及建议应用场景关键技术结论与建议,9,服务机器人市场现状-全球,1、全球服务机器人产业总规模与概况（IFR数据）A.专业服务机器人在2012年销售的总数16067台，比2011年增加了2%，总销售额34.2亿美元。未来三年，预测累计销售数量约94800台，销售额171亿美元。B.个人和家庭服务机器人在2012年销售约有300万，比2011年增加了20%。销售额增加到12亿美元。未来三年，预测累计销售约2200万台，销售额102亿美元。,10,2、家庭服务机器人全球概况
3、到目前为止，家庭服务机器人为个人和家务使用。1、主要市场是家务机器人，它包括吸尘、地板清洗和割草机器人；2、以及娱乐和休闲机器人，包括机器人玩具，发烧套件，教育和研究领域机器人；3、新兴市场包括：助老助残，智能交通，家庭安监，通讯交流等机器人。,服务机器人市场现状-全球,11,服务机器人市场现状-全球,3、2012年全球个人及家庭服务机器人细分市场概况1）家务机器人在2012年，估计有196万台被销售。总销售额约6.97亿美元。与2011年相比，增幅为53。2）教育娱乐机器人，2012年销售约110万台，比2011年多29，总价值为5.24亿美元。大规模销售的家庭娱乐机器人正变得越来越高端。多
4、年以来，乐高的教育机器人产品一直处于领先地位。3）助老助残机器人还没有达到的预期销售程度，2012年销售159台机器人，而2011年销售156台。现在的数字相当低，但前景看好。很多国家的研究项目集中这个庞大的未来市场上。4）智能交通机器人和家庭安全监视机器人的市场潜力显现，未来有很大市场机会。,12,服务机器人市场现状-全球,4、2013-2016年全球个人及家庭服务机器人细分市场预测1）家务机器人（真空清洗，草坪割草，擦窗和其他类型），预测在2013年至2016年，达到累计销售1550万台，累计销售56亿美元。2）教育娱乐机器人中，预计教育和研究机器人在2013-2016年期间将累计销售30
5、0万台；预计玩具机器人销售350万台。估计累计销售额31亿美元。3）助老助残机器人将进入增长期，预测在2013-2016年期间将累计销售6400台机器人，未来20年内会成长为大规模市场。4）智能交通机器人和家庭安全监视机器人将会有小批量的成熟产品面世。,13,服务机器人市场现状-全球,5、发展数据对比（百万美元）,14,14,1、家务机器人机器人中国目前家务机器人主要以保洁吸尘机器人为主，2009 年销售家庭保洁机器人约14.5万台，总值约2.9亿元。2010年后的市场增长率预计在50%左右。2012年总销量将接近10.5亿元，内销数量接近20万台，超过2亿元销售额。,服务机器人市场现状-国内
6、,15,1、家务机器人上海情况主要品牌：国内：科沃斯、福玛特、KV8,益节 国外：iRobot、Neato、伊莱克斯 没有上海生产厂商进入市场,服务机器人市场现状-国内,16,2、教育娱乐机器人 1）教育研究机器人，2012年内销总市场规模1.6亿元。年增长率15%。国外：乐高 国内：未来伙伴，博创，英吉斯，中鸣，纳英特，彼林（红色为上海公司）2）娱乐机器人，估计内销市场容量不超过1亿，外销4亿元。集中于广东汕头。,服务机器人市场现状-国内,17,3、助老助残机器人 全球唯一开始商业化销售的 Ekso Bionics穿戴机器人。国内没有商业化上市产品,服务机器人市场现状-国内,服务机器人市场现
7、状及趋势分析,专业服务机器人家用服务机器人,专业服务机器人市场规模及预测（销售台数）,军用、农业、物流、医疗、移动平台、救援安防、导游、专业清洁是未来市场主要需求类型,专业服务机器人市场规模及预测（销售额及单价）,平均单价在10万美元以上的机器人类型：医疗、水下、农业、军事、物流、建筑、救援其中医疗、水下超过100万美元/台,服务机器人市场规模及预测,专业服务机器人/家用服务机器人未来几年市场增长率预计2013-2017年个人（或家庭）用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。,案例：Da-Vinci手
8、术机器人,直觉外科公司（NASDAQ：ISRG）2012年，2362名员工，21.8亿美元营收人均年 营收92万/美元,专业服务机器人市场规模及预测（未来销售额预测）,未来4年市场规模较大的专业服务机器人类型：医疗（60亿）、农业（50亿）、军事（28亿）、物流、水下细分市场规模超过或接近10亿美元,家用服务机器人市场规模及预测（销售台数）,家务（清洁）、娱乐机器人是当前市场主要需求类型,家用服务机器人市场规模及预测（销售额及单价）,平均单价在2万美元以上的机器人类型：老年及残障辅助机器人家庭安保机器人,家用服务机器人市场规模及预测（未来销售额预测）,未来4年市场规模较大的家用服务机器人类型：
9、家务（45亿）、娱乐机器人（10亿）,案例：老年及残障护理机器人,根据上海市统计局的2013年统计年鉴，上海共有医院317家，拥有床位10.96万张另有收养性老年福利机构601家，床位9.6万张。假设有1/2看护工作由机器人承担（比如夜间、特殊老人），每40张床位至少需要一个护理机器人的话，共需要2400台护理机器人。设护理机器人定价10万元/台，则上海医院和福利机构的潜在需求达到2.4亿元。设机器人寿命10年，该市场分5年逐步渗透，可预测产品成熟后每年上海销量就可达5000万元。类推，全国需求是上海的25倍，每年规模约为12.5亿,2014年2月刚刚颁布了护理机器人的国际标准；日本一家护理机
10、器人的研发机构第一个获得了认证。,RI-MAN,日本理化研究所生命技术控制研究中心,案例：老年及残障护理机器人,案例：类人机器人,6月5日日本软银表示，计划明年2月开售类人机器人，每台售价19.8万日元，约合1900美元或1.2万人民币。软银CEO孙正义称，类人机器人有学习能力，可以表达情感，能看护婴幼儿和病患，甚至聚会时给人做伴。名为“辣椒”（Pepper）的机器人原型和孙正义一同出席了软银今天的新闻发布会。软银的这款机器人由富士康母公司台湾鸿海精密集团制造、法国公司Aldebaran开发。,服务机器人市场现状及趋势分析-小结,专业服务机器人销售产值高，单价高，其中以医疗、水下单价超100万
11、/台；未来市场规模医疗、农业、军事将占主要；家用服务机器人市场需求数量（台数）大，单价较低，以老年残障辅助机器人、家庭安保其中类人家用服务机器人（NAO类似)未来有望快速增长，从目前的数百台/年有望增加到22000台/年。,提 纲,市场分析服务机器人需求的宏观背景服务机器人市场现状及预测服务机器人发展路径及建议应用场景关键技术结论与建议,机器人技术发展路径-IFR,建议,专业服务机器人属于高价值、高进入壁垒领域，但研发周期长、投入巨大，暂时难以进入，可考虑技术储备。家用服务机器人中以老年及残障护理价值较高，未来市场需求大，目前市场启动较慢。技术平台方面，类人平台短期内仍将以娱乐、教育和研发为主
12、要需求；专用服务或家用服务重点仍是部分类人（模仿人的某些功能）。,提 纲,市场分析应用场景关键技术结论与建议,应用场景概述,专用服务机器人只能满足特定的应用场景Google无人驾驶汽车Da Vinci手术机器人老年及残障护理专用机器人通用机器人技术平台本身的应用场景可以根据机器人的硬件能力不断演化，目前主要用户是研发机构及机器人爱好者NAOiCub,服务类机器人应用场景分类,居家清洁烹饪服务独居老人照顾保健服务家庭保安,居家清洁,吸尘、拖地机器人的手、脚都可以是吸尘器吸头或清洁工具也可通过接入附件的方式实现吸头功能每天定时对室内进行清洁对家庭内部的环境变化能够进行感知适应，不断调整自己的清扫轨
13、迹当电量到达某一阈值时，自动回到指定地点进行充电衣物洗晒、收拾根据人的指令，自动到指定地点收取换下来的脏衣物自动识别衣物种类(通过识别图像或条形码)，并放入洗衣机中进行不同方式的清洗将清洗、烘干后的衣物叠好并放置在指定位置，收纳整齐各种居家清洁场景下的配件，如吸尘器头、衣物收纳工具等都可以作为附件商品进行销售,烹饪服务,由人进行远程控制，但配菜等需要事先完成(机器人全程操作难度较大)操纵机器人将食材、配料按预设的食谱放入到炊具中机器人自动监控烹饪状态，如时间、温度等将烹饪完成的菜肴送至餐桌用餐完毕后可通知机器人进行餐桌整理将垃圾放置在指定位置等待回收,独居老人照顾,可通过三种方式进行操作老人语
14、音控制家人通过移动终端远程遥控老人通过移动终端发送遥控命令辅助行走为失明老人提供语音导盲为行动不便的老人提供行动搀扶和支撑(类似拐杖)将行动不便的老人从床和轮椅之间搬运(对机器人要求较高)端水送药自动识别药物，定时为老人送药(此过程也可通过人工指令进行，以免送错)根据老人命令，端送水、饮料等(饮料等可以开瓶盖),独居老人照顾,健康状态监控与血压计、血糖仪等仪表间进行通信，能够将老人的生理指标等上传到远程健康服务中心（如医院数据库）与医院的病例数据库等进行联机，帮助医生远程监控老人的身体状态，同时可以以短信的形式发送老人的生理信息给其远方的子女发现老人生理状态异常或感知到其它可疑问题，立即上报远
15、程服务端及老人子女，及时采取紧急救护措施,独居老人照顾,情感陪护老人的家人、子女可上传个人日记、微博等信息到远程服务器机器人每天(或定期)从服务器下载以上信息，通过信息整合，以子女的语气、声音陪老人谈话，进行交流，提供精神慰藉机器人的脸/上半身也可以集成一个显示器，远方的子女/亲人可以通过视频语音等方式与老人直接交流根据老人的喜好，自动下载新闻、图书、音乐等，并阅读/播放给老人听,保健服务,提供按摩、捶背等保健服务，机器人指关节相对传统按摩机而言，能提供更多的按摩功能和体验能够与用户进行交流与反馈通过语音识别反馈按摩力度、位置等建立不同用户的“档案”：不断学习、适应不同用户的喜好,家庭保安,在
16、家庭中进行巡逻，探测闯入者、火险及煤气泄漏等隐患自动按照预设路线进行巡视配置机器视觉、烟雾传感器、气体传感器等，采集家中的各种信息如发现陌生人闯入，通过机器视觉采集图像，通过无线网络将反应家庭状况的图像数据传感器数据反馈给家庭主人，由其判断是否报警如发现煤气泄漏或火险等，通知远程的服务中心联系消防及时救援，同时通知家庭主人家中情况,提 纲,市场分析应用场景关键技术结论与建议,提 纲,市场分析应用场景关键技术结论与建议,关键技术,关键技术,1.人形机器人在线步态规划：稳定性，实时性，低功耗，运动速度协调等。,稳定性实时性节省能耗运动速度动作协调,一个或某几个指标作为评价标准寻找物理量最优,研究步
17、行机器人控制方法的核心技术关系,2.足类运动主要涉及步态理论gait.以及相应的运动控制技术关系：,关键技术,关键技术,3.多传感器信息融合技术：视觉、声音、陀螺仪，编码器，压力，温度，电流等传感器共70多个，如何融合传感数据，实时有效获取环境信息是一个难点；,外部逻辑,传感器信号,传感器信号,先验信息,修正信息,先验信息,修正信息,传感器数据检测系统,多信息的视角进行处理及综合，得到各种信息的内在联系和规律，从而剔除无用的和错误的信息，保留正确的和有用的成分，最终实现信息的优化,一种机器人传感器信息融合结构图,关键技术,4.视觉定位和导航以及语音合成与识别：图像识别和跟踪。基于固定约束平面的
18、单目视觉定位双目立体视觉技术全景图像视觉定位语音识别：大词汇量、非特定人连续语音识别,关键技术,5.多指灵巧手控制：力位混合控制和感觉功能，触觉、滑觉等欠驱动的多自由度灵巧手指手指运动规划，精确和稳定的抓取多指同步控制,5.多指灵巧手控制：力位混合控制，多指同步控制等。,灵巧手抓取规划和协调控制系统结构图,关键技术,6.双臂协调、眼手协调控制技术：涉及立体视觉，手眼协调和双臂协调控制技术等。其中核心技术是，手臂空间运动规划和协调技术。图像的识别技术以及视觉伺服反馈技术。,未来伙伴手眼协调研究实验平台,关键技术,仿真测试系统的功能模块结构图,7.机器人仿真测试技术：有效评估机器人性能的平台及相关
19、仿真测试技术；,关键技术,7.机器人仿真技术：机器人动力学模型，电机数学模型，传感器数学模型，外界环境模型，地面反力接触模型等，建立与仿人机器人具有一致性的仿真系统电机模型：根据目标运动计算所需技术指标 据所用实际电机计算机器人运动性能力/力矩传感器模型：单梁理论地面反力接触模型：杨氏系数模量原理动力学仿真：基于物理引擎的系统仿真,关键技术,8.类人机器人控制系统,多计算机系统体系+分布式处理+多种通信系统,关键技术能力现状,关键技术能力现状,提 纲,市场分析应用场景解决方案关键技术结论与建议,结论与建议,服务类机器人市场有以下结论服务类机器人包括专业服务机器人和家用服务机器人两类，2012年
20、市场总销售额为46亿美元，其中74%为专业服务机器人预计2013-2017年个人（或家庭）用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%专业服务机器人属于高价值、高进入壁垒领域，但研发周期长、投入巨大，暂时难以进入家用服务机器人中以老年及残障护理价值较高，未来市场需求大，市场目前较预期启动慢，研发难度适中，可以考虑进入未来服务机器人将向多功能、全功能趋势发展，单一设备将集成更多功能，开发具有多功能并可延伸到全功能的服务机器人可满足多种应用场景需求能够适应多种家庭服务场景的服务类机器人可能是未来被市场广泛接受的机器人产品,结论与建议,家用服务类机器人所能涵盖的服务
21、场景包括：居家清洁、烹饪服务、独居老人照顾、保健服务、家庭保安机器人本体技术方面，类人型机器人具有较好的服务场景适应性建议以类人型平台为技术切入点，具备多种应用场景的可扩展性,关键技术研究建议,关键技术研究建议,Thank you for attention!,谢谢！,服务机器人概述,主讲人：李声辉 2014年5月12日,认识机器人,你知道什么是机器人吗？引言服务机器人分类服务机器人关键技术,内容简介,机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，
22、或是危险的工作。,诞生于科幻小说之中一样，人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊，才给了人们充分的想象和创造空间,从事有用活动的机器并具有自主行为能力,一、引言,现在工业生产中已经应用了各种各样的机器人系统，如焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人等，这些机器人都是在固定的生产流水线中按照预先设计好的流程重复的进行某些操作，这些机器人系统注重的是精度和速度。另一类机器人系统是建立在移动平台上的自主机器人系统，这些机器人和工业机器人不同，它们在非结构化和不可预测的环境中运动，近年来该类机器人的应用也越来越多，如娱乐机器人和各种各样的服务机器人，这类机器人在家居环境和办公环境为人类提供各
23、种娱乐或服务。,服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主运行，能为人类健康提供服务的机器人，或者是能对设备运行进行维护的一类机器人。这里，我们把其它一些贴近人们生活的机器人也列入其中。,服务机器人,斟酒服机器人,机器人护士,美女机器人广州亚运上岗导购 能陪逛会三种语言,京城的机器美女导购,日立酒店使用智能机器人服务员,专门清洗水杯的机器人,二、服务机器人分类,按服务对象和应用目的不同，可以分为以下六类：医疗服务机器人 健康福利服务机器人 公共服务机器人
24、家庭服务机器人 娱乐机器人 教育机器人,1、医疗服务机器人,医疗服务机器人主要指能够直接为医生提供服务，帮助医生对病人进行手术治疗的服务机器人。医疗外科机器人是医疗服务机器人的典型代表，它可以由医生对机器人进行遥控操作，在医生难以直接进行手术的部位由机器人准确地完成各种手术,如图所示为口腔修复机器人。而外科手术导航系统和可以进入人体的微机器人诊疗系统也都可以为医生进行手术提供必要的手术信息和辅助手段。因此，采用医疗服务机器人进行手术可以减小创面、缩短手术时间，从而达到减少病人痛苦，并使病人早日痊愈的目的。,2、健康福利服务机器人,健康福利服务机器人是指在医院里为医生或病人提供服务的服务机器人。
25、图中是直接为病人提供康复治疗的服务机器人。他可以提供指定负载力和行走速度的步行训练和为腿部受伤的病人提供术后康复训练治疗。许多研究单位和公司正在积极开发的各种类型的智能轮椅和智能病床也都属于健康福利服务机器人。,3、公共服务机器人,公共服务机器人的范围最为广泛，只要能够为公众或公用设备提供服务的机器人都属于该类型服务机器人。例如，在展览会会场、办公大楼、旅游景点为客人提供信息咨询服务的迎宾导游机器人，在建筑物内或居民区内进行自动巡视的保安巡逻机器人如图所示，加油站里的自动加油机器人，高楼擦窗和壁面清洗机器人，飞机清洗机器人，下水道清洗机器人等。此外还有机器邮递员以及用于多种用途的自主移动机器人
26、平台，它们可在办公室内部传递信件或其他物品。目前这些机器人在技术上都已经相当成熟，在价格上也基本上被用户接受，并已在许多国家得到了实际应用。随着机器人技术的进一步发展，在不久的将来，会有越来越多的公共服务机器人进入我们的日常生活。,4、家庭服务机器人,自动割草机和全自动吸尘器是家庭服务机器人的典型代表。凯驰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，如图所示，它有光电传感器和芯片控制，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。该机器人内置四种清洁程序，保证在遇到不同污渍的地面时，可以调整其清洁程序；通过传感器对于地板污渍的判断，选择合适的应
27、用程序。内置光敏传感器，确保在遇到楼梯与台阶时，能够自动避让。扁平的设计使其能够清洁床、沙发、茶几等家具的下面。其相应的基站一直发射红外定位和导航信号来指引机器人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。,5、娱乐机器人,娱乐机器人的种类很多，其中主要是以机器狗AIBO为代表的机器宠物，如图所示。AIBO的出现不但给索尼公司带来了新的商机，也为机器人如何进入寻常家庭提供了一个新的发展思路。,6、教育机器人,教育机器人的发展则是通过以“机器人足球”比赛为代表的各种类型的机器人竞赛进行的。机器人竞赛的参赛队伍主要由大、中、小学生组成。由于机器人竞赛不
28、但具有很好的观赏性，而且可以使参赛的学生在创新能力、动手能力等方面都可以得到很好的锻炼，所以深受学校和学生家长的欢迎，并越来越多地受到各国政府的重视。目前一些国家正在积极组织机器人国际比赛，并提出了举行机器人奥林匹克竞赛的想法，如图所示为类人足球机器人。,三、服务机器人关键技术,服务机器人的主要关键技术：,环境的表示环境感知传感器和信号处理方法控制系统与结构复杂任务和服务的实时规划适应于作业环境的机械本体结构人机器人接口,环境的表示,服务机器人通常在非结构化环境中以自主方式运行，因此要求对环境有较为准确地描述。如何针对特定的工作环境，寻找实用的、易于实现的提取、表示以及学习环境特征的方法是服务
29、机器人的关键技术之一,环境感知传感器和信号处理方法,服务机器人的环境传感器包括机器人与环境相互关系的传感器和环境特征传感器。前者包括定位传感器和姿态传感器，后者是与任务相关的专门类型传感器，它随机器人的工作环境变更，这类传感器可以是直接的或间接的，通常需要借助多传感器信息融合技术将原始信号再加工。,控制系统与结构,机器人控制系统和体系结构研究目前主要集中在开放式控制器体系结构、分布式并行算法融合等方面。对于服务机器人控制器而言，更加注重控制器的专用化、系列化和功能化。,复杂任务和服务的实时规划,机器人运动规划是机器人智能的核心。运动规划主要分为完成规划和随机规划。完全规划是机器人按照环境行为的
30、完全序列集合进行动作决策，环境的微笑变化都将使机器人采取不同的动作行为。随机规划是机器人按照环境行为的部分序列计划动作决策。,适应于作业环境的机械本体结构,设计在非结构环境下工作的服务机器人是一项富有挑战性的工作。灵巧可靠、结构可重构的移动载体是这类机器人设计成功的关键。服务机器人作为人的助手，经常与人进行接触，所以服务机器人的安全性、友善性应首先考虑。因此，服务机器人的机械本体设计指导思想与工业机器人或其他自动化机械有较大变化。在满足功能的前提下，功能与造型一体化的结构设计也要充分考虑。如柔韧性、平滑的曲线过流、美观的造型、与人的亲近感等。,人机器人接口,人机器人接口包含了通用交互式人机界面的开发和友善的人机关系两个方面。,谢谢观赏，求赞!,
