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2019年世界機器人大會現場,這邊愛國熱情迸發的格力機器人樂隊獻上一首“我愛你中國”,那邊眼疾但手確實不快的庫卡機器人為口干舌燥的觀眾倒滿飲料,角落里哈工大機器人對才藝展示環節嗤之以鼻,專心電焊,堪稱搬磚模范。那么問題來了,為什么這些巧奪天工的機械臂都在“工業機器人”展區?機械臂在家庭有無用武之地?空間有多大?

圖片來源:華夏幸福產業研究院

1、行業概況:也許會是一大片尚未開墾的藍海

新中國第一批“解放”牌汽車下線是1956年7月13日,這時距離福特的第一條流水生產線投入使用,已經是40余年之久。當時人們并沒有覺察到,新一輪的革命已經在悄悄醞釀。就在這一年,一家名為Unimation的公司成立,三年后,該公司生產出世界第一臺工業機械臂Unimate。其后數十年,汽車工業及其他自動化制造領域將成為最大受益者。

圖1 2014-2018年工業機器人系統集成商行業應用分布情況

資料來源:招商銀行研究院

經過60余年發展,機械臂的應用目前已經擴展至3C、塑料化工、食品等眾多行業。應用領域中工業生產應用占絕對主導,機械臂直接在家庭應用則幾乎不在業界的話語體系中。而考慮到以下三方面,產新君認為家庭應用場景也許會有機械臂的廣闊拓展空間:(1)現代人時間意識進一步加強帶來廚房內重復性無趣工作替代的需求(當然還有很多在廚房醉心享受美食制作過程的人,以這種方式來擁抱生活值得敬重和學習);(2)家庭小型化、獨居化帶來的人機陪伴和互動交流、教育娛樂需求;(3)深度老齡化及電子產品依賴帶來亞健康保健及康復需求。下面我們依次來分析。

2、應用場景:將走進客廳與臥室,短期卻很難走進廚房

梳理機械臂在家庭可能應用的場景,按照空間分布,可以總結為廚房應用、客廳應用與臥室應用。如果你家是大開間,請忽略上述分類,用“開間應用”這個詞代替。

 廚房應用市場規模相對較小,服務靈活度不足,短期難以商業化。廚房類應用主要就是“吃吃喝喝”。先說吃,做吃的機械臂包括專門參與備菜環節的機械臂,如改刀、攪拌等動作,專門制作某類食品如壽司、面條、煎餅等,以及可以制作多種食品的機械臂,如Moley Robotics的廚房機器人,號稱能制作出2000多種不同的菜品,還可以定制菜品。關于喝的機器人主要包括飲品制作與服務機械臂,調酒機械臂等。2019年機器人大會格力智能咖啡廳就是一個六軸機械臂化身智能咖啡師,獵豹移動展臺專門用于調制咖啡的“豹咖啡”是一款機械臂,現場為觀眾調咖啡很是惹眼。

圖2  獵豹移動的端飲料機械臂

圖片來源:華夏幸福產業研究院

廚房機械臂存在的根本邏輯在于其大規模標準化生產的能力,因此天然適合商用場景。有人可能會說,我就愛吃刀削面,天天都想吃刀削面,我也需要大規模生產刀削面的能力。那我只能說:天天吃刀削面,對身體也不好。即使在商業場景,目前也只有少數機械臂產品有一定落地規模,絕大多數仍然是概念階段。而若想走進家庭,還需要面對家庭應用特殊的挑戰。

圖3 獵戶星空廚房機器人切黃瓜

圖片來源:獵戶星空宣傳視頻

圖4 Moley Tobotics廚房機器人

圖片來源:Moley Tobotics

挑戰一:目標客群狹窄,能夠有足夠的廚房空間、消費能力、新事物接受度高的家庭比例很低。參考Motoman SDA5廚房機器人及Moley Tobotics廚房機器人形態,類似體型的廚房機器人占地約在1-2平米。誰家廚房有這么大空地?挑戰二:家庭做飯的工作量與餐廳不是一個量級,從工作量角度對機器替代的需求要弱很多。同時機械臂標準化、程式化的操作與家庭對飲食的隨意性、靈活性的需求以及某些廚藝環節不可結構化的特點存在天然矛盾。挑戰三:你需要先為它服務,它才能為你服務。在做飯機械臂為人服務之前,人還是需要做一些準備工作,而做這些準備工作的時間,或許已經足夠自己做一頓飯了。

客廳應用以“陪你玩”為主,同類細分市場已經驗證。當前非機械臂類機器人在客廳的應用,可以總結為三類,一是“幫你干”,二是“替你管”,三是“陪你玩”。“幫你干”主要包括掃地機器人、擦窗機器人等,“替你管”主要指的是管家機器人,有些管家機器人同時覆蓋了“陪你玩”的功能,“陪你玩”主要指的是部分管家機器人及娛樂為主的人形機器人。這個領域的典型企業包括科沃斯、iRobot、優必選、浦桑尼克、福瑪特等。這些場景哪些還有機械臂分蛋糕的空間?

“幫你干”的場景,又分為兩類,一類是它來干,你來看。當然你看不看,它都會干。這里面除了洗碗、端茶倒水,都對整體移動性有一定要求,這些機械臂克服起來都有難度。而洗碗已經有洗碗機,端茶倒水這個工作時效要求高,等機械臂把飲品弄好,客人已經走了。所以完全它來幫你干,機械臂愛莫能助。還有一類,它是你的一部分,比如仿生手臂,為上肢缺失的患者使用。嚴格上這類需求不局限于客廳,隨用戶移動。這類需求真實存在且體量巨大。

“替你管”,顯然靠的是腦子,不是四肢,所以機械臂也沒什么優勢,反而顯得四肢發達,頭腦簡單。機械臂在客廳的應用,主要集中在“陪你玩”。可能的場景包括下棋、寫字繪畫、搭積木、輔助拍照等。從產品角度,陪你玩類的產品體積與價格均相對適中。優必選5年銷售額增長近1000倍。《天貓親子消費報告2019》顯示智能娛樂陪伴智能機器人銷量增速接近400%,已經驗證了這一細分市場的巨大消費能力。

圖5 LUKE 仿生假肢協助拆包裹

圖片來源:LUKE宣傳材料

圖6 兒童娛樂教育

圖片來源:NACHI雙臂協作機器人

臥室應用市場規模巨大,想象空間十分豐富。臥室應用主要集中在與人健康相關的領域,具體可以分為兩大類,即康復與保健。

這里的康復不僅包括術后,也包括殘疾輔助、日常照料,主要面向手臂或全身存在移動困難的群體,如腦卒中患者、上肢截肢患者等,以老年人為主要人群。根據衛健委數據,我國60歲及以上老年人約2.5億。2023年,中國將正式進入深度老齡社會。

保健方面,主要應用是中醫式按摩。需求群體不僅包括出行不便的老年人,也包括年輕的辦公室一族。全國頸椎病、腰椎病患者數量超3億,加上各種身體部位亞健康、勞損等有按摩需求共約4億。360《手機依賴度調查報告》顯示單日手機使用時長方面。有12.4%的人每天使用手機時間超過6小時,屬于重度依賴手機人士。而降低標準的中度使用者(每天使用2-5小時),占比達到57.1%。對智能的依賴逐漸加劇,使得頸椎、腰椎等老年病年輕化的趨勢無法逆轉。按照戶均兩人存在按摩需求,戶均相關消費300元計算,僅按摩場景一項市場規模即可達到千億。加上巨大的康復需求,臥室應用總規模為數千億。(劃重點:長時間使用手機不利于身體健康。)

圖7 MASSAGE Robotics 按摩機械臂

圖片來源:MASSAGE Robotics宣傳材料

機械臂在臥室應用的很多場景或許目前并沒有在人們的想象范圍內,隨著技術與市場的發展,各類需求也將逐漸被挖掘。生活大爆炸中,Howard從實驗室偷來了一個機械臂,這個家伙可以幫助他搬東西、按摩。甚至做了不可描述之事,不幸的是,出現了機械故障,竟然被夾住了。看著下面的圖片,是不是感覺有點疼?

圖8 Howard與它的機械臂

圖片來源:生活大爆炸

從三大應用場景看,在深度老齡化背景下,臥室相關應用前景最為廣闊,市場規模最為可觀,其次為客廳相關應用,細分領域潛力已經驗證。而廚房相關應用市場規模較小,且落地路徑是先進餐廳再進家庭,短期商業化難度較大。

3、技術實現:家庭應用存在特殊需求

工業用機械臂的核心技術在控制器、伺服電機與減速器。而家庭應用對其各方面性能有其特殊的要求。

控制器方面,主要難點在(1)算法響應速度,尤其當機械臂感知異常時進行調整或者終止操作的速度,嚴重影響用戶的體驗,甚至可能影響到用戶的安全。(2)位置、力度、協調等控制,尤其對仿人手機械臂的手指控制與協調來說,難度倍增。

伺服電機方面,主要難點在于(1)重量控制。很多家庭應用場景要求具有一定移動性,而電機與減速器作為重要的重量貢獻部件,在性能與整體穩定性之間平衡是無法回避的問題。(2)微型電機設計。在多個家庭場景中可能需要柔性關節,也就對電機的尺寸有了要求,比如驅動仿人手機械臂手指的微型電機。

減速器方面,除了某些場景對重量有特殊要求,沒有其他特殊的要求。

其他可能涉及的特殊的技術包括腦機接口技術,如腦電波控制機械手,及各類輕量化技術及材料。家庭環境的另外一個重要挑戰在于,對于非移動的機械臂,它的底座如何能有機的與家庭現有環境中的物體結合起來,既能夠實現自身穩定性,又可以最大程度降低對家庭環境的破壞或損毀,這可能需要根據具體場景進行適應性改造。

4、展望:20年后,每家都會有一個機械臂

從需求與技術兩個維度,我們暢想了機械臂在家庭應用的前景,潛在市場規模可觀,技術瓶頸也并硬傷。目前國內該領域的發展還處于十分早期的階段,以機械臂家庭應用場景作為重要發展方向的公司已有一些。產新君印象比較深的是深圳越疆,研發了一款家庭產品——DOBOT睿記,一個手持攝像云臺,嚴格講并不算機械臂。未來這一市場能否加速釋放,取決于以下“五化”能否實現:小型化、輕量化、簡單化、智能化、與價格親民化。

(1)小型化。簡單說,買的起機械臂的,房子一定在大城市,大城市的房子,空間寸土寸金,人還是不夠住,還能輪到機器人?

(2)輕量化。只有輕量化,才可能實現便捷可移動,無論是在購買、安裝、搬家移動等各類場合下,才不會成為累贅。但輕量與穩定存在天然矛盾,這方面的挑戰仍需要研究。

(3)簡易化。主要指在人機交互過程中,避免流程過度設計,把簡單問題復雜化,反而增加了用戶的時間精力投入。

(4)更加智能化。當前產品智能水平仍弱人工智能,只有在人機交互時,響應與調整的時間能夠讓人盡量不察覺它是個機器人,且未來能夠在使用過程加入更多的情感交互,才是真正的智能。

(5)價格親民化。再好的技術,太貴也賣不出去。所以無論是控制器、減速器還是電機,面向家庭的產品需要更多考慮性價比,而不只是性能。

20年之后,也許完全能夠替代家政服務人員的仿人機器人已經成熟,每個家里可以擁有一個ta,做飯洗衣、端茶倒水、按摩聊天等等無所不能。如果仿人機器人成熟不到那個程度,能干部分家務/服務的機械臂家家都有可能性應該會更大一些,有求“臂”應,您支持嗎?

參考資料:

1、招商銀行,《智能制造之工業機器人二:接近谷底,客戶選擇考慮模式和子領域》

2、天貓,《中國式養娃:2019天貓親子消費報告》

3、Robotics,《自適應機器人:定義工業機械臂的未來》

4、華夏幸福產業研究院,《掃地機器人:未來的KING OF AI?》