服務機器人研究報告：產業鏈分析及投資前景預測

服務機器人研究報告：產業鏈分析及投資前景預測

2017-08-31 08:37中國投資諮詢網

 

　　服務機器人在國內發展的阻力遠遠小於工業機器人。一方面，服務機器人是國內公司與國外公司差距較小的領域，國內企業的服務機器人每每能針對特定市場進行開發，能夠發揮本土企業與行業緊密結合的優點，在競爭中佔據比較優點的地位，另外一方面，國外的服務機器人也是屬於新興行業，目前比較大的服務機器人公司產業化歷史也多在5-10年，大量的公司仍處於前期研發階段，時間上給予國內公司縮小差距的機會。服務機器人更接近消費端，在人口老齡化不斷加重以及勞動力成本急劇上升等剛性因素的驅動下，服務機器人產業勢必迎來發展的春天，市場空間很是廣闊。

 

　　1.1 服務機器人產業鏈的特色

　　服務機器人是一個軟件、電子和機械結構深度整合的產物。

　　產業鏈的上游，包括智能芯片、傳感器、激光雷達、舵機等元器件生產廠商。這些廠商是典型的技術驅動型，若是服務機器人產業中下游出現快速爆發，則該領域制約因素是其產能的瓶頸。

　　產業鏈的中游，包括操做系統提供商、AI引擎提供商、雲系統提供商等，這個版塊比較獨立，核心競爭力是其數據以及算法;中游的產品版塊還包括從設計、加工到營銷，核心的壁壘是產品品牌、渠道和產能;而操做系統是創建起生態圈的核心要素，作產品的公司能夠經過該要素創建重要壁壘。

　　產業鏈的下游，包括集成應用、各類消費場景應用等。中游作產品的板塊商結合語音圖像板塊，經過虛擬機器人或實體機器人向下遊各場景的消費和流通節點推廣，各個場景按照功能實現和產業化的難易程度進行產品的迭代放量，成爲中上游的強力引擎。

　　圖1：服務機器人產業鏈

　　

數據來源：公開資料整理

 

　　1.2 服務機器人的產業鏈價值分佈

　　核心零部件、AI模塊、操做系統是服務機器人產業鏈的重要價值所在。

　　服務機器人根據系統架構，能夠拆分爲「應用軟件-引擎接口-操做系統-關鍵零部件-本體」，價值量也呈現菱形分佈，借鑑互聯網生態系統的發展模式，掌握入口級技術是服務機器人產業鏈的重要價值。

　　圖2：基於雲架構的人機交互終端系統架構

數據來源：《面向智能家居/智慧生活的服務機器人技術與系統》

 

　　上游的零部件廠商如芯片、激光雷達、舵機等，擁有核心的技術，佔據價值鏈的主要部分，是典型的技術驅動產業，核心研發能力是關鍵壁壘。中游語音和圖像公司的AI模塊，是目前學術研究和初創公司搶佔的熱點，也佔據重要價值。而產品板塊的公司目前的壁壘在於品牌、渠道、產能，將來的壁壘在於生態圈的創建，而生態圈的核心在於操做系統。服務機器人涉及智能交互、語音圖像識別、本體的製造集成，須要不少軟硬件的關鍵技術，單一的企業很難所有掌握突破，早期發展階段單一消費端產品風險較大。因此各巨頭企業每每傾向掌握核心入口技術，創建服務機器人平臺。國內來講在傳感器等基礎核心硬件方面比較薄弱，但圖像識別、語音識別、人機交互、大數據等軟件核心領域，是國內不少初創企業發展的重要方向。

　　圖3：服務機器人產業鏈價值分佈

數據來源：公開資料整理

 

　　1.3 服務機器人產業的成長邏輯

　　產業的成長邏輯爲：核心技術突破，產品迭代放量，成本大幅下降，以後大規模擴張。

　　(1)平臺級的公司以技術和成本爲核心

　　語音、圖像識別公司，核心在於提升其AI水平;核心零部件公司如芯片、激光雷達公司等，核心在於提升其性能和下降其成本;操做系統公司的主要任務是將入口接口統一而且易於產品開發。平臺級的公司面臨的問題就是核心技術的快速提升，使各類不一樣平臺和場景得以兼容，迅速應對多元化的應用場景。

　　(2)應用級的公司以場景實現爲核心

　　這類公司主要基於特定細分場景的實現，如掃地機器人、陪護機器人、教育機器人、醫療機器人、導購機器人等。應用級的公司，將與場景有關的的產業進行結合集成，作基於一個點的創新，其最核心競爭要素包括：一方面研發具備剛性需求場景的機器人品種;另外一方面是採用平臺級廠商的產品，將上游的硬件設備進行集成。

　　圖4：服務機器人產業成長邏輯與平行主體

數據來源：公開資料整理

 

　　1.4 服務機器人產業的發展趨勢

　　美國在服務機器人領域是絕對的全球霸主。根據報道機器人產業最權威的機構《Robotics Business Review》公佈的2016年「全球最具影響的50家機器人公司」顯示，美國的服務機器人企業，既有Google、亞馬遜這樣的上市公司巨頭，又有Jibo、Seegrid這樣的初創企業。日本、英國、德國、以色列也有多家企業上榜，國內惟一一家上榜的是大疆無人機。該榜單大部分都是非上市企業，說明行業的產業化歷史也不過5-10年，屬於剛剛興起，國內外差距並不大。

　　從該榜單公佈企業的產品看，服務機器人主流方向主要包括：智能交互式機器人、醫療機器人、無人機以及其餘特定場景服務機器人。在用戶需求的驅動下，服務機器人呈蓬勃發展之勢，以垂直領域發展爲主，無人機的普遍運用、醫療機器人的不斷更新、以及智能交互式服務機器人特別在教育、陪護、客服等應用場景的興起，將成爲世界服務機器人發展的主流方向。

　　1.5 服務機器人產業的市場規模

　　專業服務機器人的需求屬性相似於工業機器人，是to B的，下游主要面對國防軍工、農業、醫療清潔等領域。家庭、我的服務機器人則直接面對家庭和我的，使用環境範圍至關普遍，在人機交互、實用性上要求較高，有着消費品的獨特屬性。

　　根據IFR(國際機器人聯合會)的預測，2016-2019年，預計全球專業服務機器人的銷量合計將達到33.32萬臺，銷售額合計將達到231億美圓。預計全球我的-家庭服務機器人的銷量合計將達到4200萬臺，銷售額合計將達到242億美圓。屆時，服務機器人的市場規模將達到500億美圓，市場規模將遠超工業機器人，行業將來前景廣闊。

　　圖5：我的、家庭服務機器人銷量及預測

數據來源：IFR

　　2007 年，比爾蓋茨在《科學美國人》上撰文《A Robot in every Home》，他憧憬到：機器人會向我的電腦同樣進入每個家庭，爲人類服務。隨着人工智能以及智能硬件在過去這些年的飛速發展，智能機器人很快將進入商業化時代，蓋茨的憧憬將在10 年內實現。隨着成本的不斷降低，若是真能實現蓋茨的願景，屆時服務機器人有望成爲新的智能終端，就如咱們如今的手機通常。

　　1.6 國內服務機器人上市及初創公司標的

　　國內A股切入服務機器人產業鏈的上市公司主要包括：作語音識別語義理解的科大訊飛、轉型人臉識別概念的川大智勝，以及經過併購相關初創公司切入該產業鏈的，如巨星科技、康力電梯、慈星股份等，此外新三板上，也有諸如作醫療機器人的天智航、一樣作語音識別的捷通華聲、作智能客服機器人的智臻智能等標的。

　　表1：國內服務機器人上市標的

數據來源：公司公告(截至2017.4.1)

　　國內也出現了很多優秀公司。從平臺類來看，語音板塊包括雲知聲、出門問問、思必馳等，激光雷達包括思嵐科技、鐳神智能、華達科捷(巨星科技持股65%)、北醒光子(華燦光電擬入股3.75%)等;從應用類來看，掃地機器人有科沃斯、銀星智能、深圳寶樂機器人等，教育機器人有康力優藍、優必選、將來夥伴等。

　　圖6：國內服務機器人初創企業

數據來源：廣發證券整理

　　IT桔子曾統計過從1998年至2016年註冊成立的170家服務機器人初創公司，這些服務機器人公司共有36種細分場景，其中教育類機器人是目前最大的細分場景，佔比達到16%，包括優必選、小卡機器人、康力優藍、將來夥伴、樂創教育等。這些教育類機器人公司包括兩類，一類是以優必選爲表明的「技術流派」公司，主要提供機器人產品;一類是以樂創教育(新三板：836667)爲表明的「教育流派」公司，着重培訓教育。

　　在2016年世界機器人大會上，約有150多家中外機器人企業亮相，服務機器人表現搶眼，熱度不斷提高。除了上市公司外，如小i 機器人、蘿蔔家族、穿山甲機器人、克魯德機器人、北醒光子等大量初創型企業。率先產業化的掃地機器人和消費級無人機加速了產業和資本對服務機器人的熱情，隨着教育、陪護、安防等新需求的興起將會有更多的機會等待挖掘。

 

　　第二部分 服務機器人關鍵模塊解析

　　入口級技術佔據服務機器人產業鏈的重要價值。

　　服務機器人的系統架構能夠拆分紅「應用軟件-引擎接口-操做系統-關鍵零部件-本體」，其價值量也呈橄欖球形狀分佈，核心零部件(智能芯片、舵機等)、操做系統和AI引擎佔據重磅價值。

　　關鍵零部件有芯片、舵機等，它們是典型的技術驅動產業，核心研發能力是關鍵壁壘。目前英偉達的GPU最爲火爆，英爾特的佈局也漸漸清晰，國內企業正在積極追趕;激光雷達是從軍用到民用，國外有部分公司如Velodyne轉型較早，國內思嵐科技、鐳神智能等技術也較爲成熟。AI引擎、感知引擎和服務接口，主要由語音服務商、圖像服務商提供，數據和算法是其關鍵競爭力。語音和圖像的技術相通性高，屬於AI範疇，全球範圍內最強的當屬美國的Alphabet，還有微軟、英特爾、IBM、Facebook、Nuance等巨頭，國內有百度等巨頭，衆多初創公司如思必馳、雲知聲、face++等也具備較強技術儲備。機器人操做系統則相似手機的操做系統，將成爲構建生態圈的關鍵壁壘，主流是安卓和ROS，國內有圖靈等公司在作。服務機器人涉及交互設計、圖像識別、人工智能、製造集成等多款軟硬件技術，因此單一企業很難突破服務機器人的高端化。

 

　　表2：國內外服務機器人入口級公司梳理

平臺級-入口級公司
	語音交互	圖像識別	激光雷達	智能芯片	操做系統
國內企業	科大訊飛 雲知聲 捷通華聲 思必馳 出門問問	Face++ 川大智勝 商湯科技 格林深瞳	科沃斯 華達科捷 鐳神智能 思嵐科技 北醒	地平線機器人 華爲 中科院	圖靈機器人 小i機器人 康力優藍 湯尼機器人
國外企業	Nuance IBM 微軟 Siri Facebook Google Now	微軟 谷歌 Orbus Facebook	Velodyne Quanergy Ibeo 北陽機電 西克（SICK） LASE	因特爾 高通 IBM	ROS 谷歌安卓 微軟RDS Player OpenRTM-aist

 

　　人機交互及識別模塊、環境感知模塊、運動控制模塊，是整個服務機器人產業的三大核心技術模塊。

　　依託於三大模塊，機器人有基礎的硬件：電池模組、電源模組、主機、存儲器、專用芯片等，還有操做系統：ROS、安卓等;由硬件和操做系統構成機器人整機，整合基礎硬件、系統、算法、控制元件，造成知足必定行走能力和交互能力的機器人整機;在此基礎上造成各類基礎應用開發，基於機器人操做系統開發的控制類APP、管理員APP和各種應用程序App等;產生的數據將有羣組服務、雲服務、大數據服務等。

　　圖6：服務機器人的核心模塊和技術

數據來源：廣發證券整理

　　服務機器人的交互能力、感知能力、運動能力對應三大模塊。交互模塊包括語音識別、語義識別、語音合成、圖像識別等，至關於人的大腦;感知模塊藉助於各類傳感器、陀螺儀、激光雷達、相機、攝像頭等，至關於人的眼、耳、鼻、皮膚等;運控模塊包括舵機、電機、芯片等。

　　圖7：服務機器人的三大核心模塊

數據來源：廣發證券整理

　　目前的技術儲備方面，只有語音和OCR領域具有必定的成熟度。語音和OCR領域已發展接近20年，在某些特定場景和行業已經有了一些數據基礎。其餘的技術包括圖像識別、語義分析都還在很早期的階段。將來人工智能是核心。

　　圖8：細分模塊的成熟度和重要性排序

數據來源：廣發證券整理

　　2.1 語音交互模塊

 

　　一、美國市場巨頭佈局基本完成，國內戰場方興未艾

美國市場	中國市場
Nuance是全球語音市場的龍頭，下游客戶普遍，包括醫療保健、手機及消費者、企業、圖像四大部分,全球智能語音市場份額佔60%以上。谷歌和微軟內部的語音部門也在積極拓展。蘋果經過收購Siri後，又引進了新的技術團隊進行語音研發和市場開拓。	科大訊飛和捷通華聲成立較早，在語音市場佔據第一梯隊，其中科大訊飛是龍頭，目前佔有中文語音技術市場60%以上市場份額，語音合成產品市場份額達到70%以上，在電信、金融等主流行業的份額達80%以上，開發夥伴超過1500家；思必馳和雲之聲發展迅猛；2015年歌爾聲學和谷歌入資出門問問，主打移動領域。     此外BAT等巨頭內部也有專門的語音部門，主要服務於公司總體戰略規劃。各家技術的準確率都很高，從語音轉換成文字基本都在95%以上，體驗上來講差距都不大。

 

　　總體實力上國外強於國內;從路徑來看，國外收購初創團隊，國內通常謀求自建;從技術水平看，國內外集中在巨頭公司和科研機構，實力水平差距不大;傳統的語音識別行業公司都在謀求轉型發展，將來技術集中在前端技術和語義理解。

 

　　表3：國內外語音市場差別

引擎識別率	較高	較高
總體實力	強	較強
路徑	收購初創團隊，補齊短板後再收購	通常謀求自建
優點	產業化完善，易融合	中文技術強，數據量大
對比項	國內	國外

 

　　二、國內外語音市場

　　美國語音市場已經完成佈局，語義市場跑馬圈地已近尾聲。國內市場仍處爆發期，參照美國的發展路徑。

 

　　圖9：美國語音語義市場重大事件

　　表4:國內知名語音公司

公司名稱	成立時間	是否上市	主要語音產品
科大訊飛	1999年	是	語音合成、識別，聲紋識別，訊飛開放平臺
捷通華聲	2000年	否	語音合成、識別、導航，聲紋識別
思必馳	2007年	否	語音輸入板
雲知聲	2012年	否	語控精靈
出門問問	2015年	否	智能語音搜索引擎

 

　　2.2 圖像識別模塊

　　圖像識別領域活躍着微軟、谷歌、Facebook及國內BAT等巨頭。各家公司在技術層面上競爭激烈，在具體商業模式上各有特點。Google主要作開放平臺，微軟但願將圖像識別技術與硬件相結合，Facebook將圖像識別用於社交，亞馬遜則更多地考慮電商購物，百度在傳統搜索和將來無人駕駛汽車皆有佈局。

 

　　表5：國內外巨頭圖像識別領域狀況

時間	公司	項目	應用
2015.11	Facebook	照片好友人臉識別	社交領域
2015.12	Google	Google Cloud Vision API	圖像識別開發平臺
2016.3	微軟	讓盲人看到世界	智能眼鏡
2014.2	亞馬遜	Flow	網上購物
2013.1	百度	圖片識別	搜索、無人駕駛汽車

 

　　巨頭佈局應用發力迅猛，以微軟爲例就進行多項目開發。

 

　　表6：微軟圖像識別技術與多種項目協同發展

時間	項目	事件	效果
2015.5	How-Old	用戶上傳照片測年齡	引爆社交
2015.8	小冰第三代	將圖像識別功能嵌入小冰	加強與用戶感情交流
2016.3	Seeing AI	新技術幫助盲人「看」世界	極大改善盲人生活質量

 

　　2.3 激光雷達模塊

　　目前國際上領先的生產激光雷達的廠商主要有Velodyne、Quanergy、Ibeo、西克(SICK)、北陽機電(Hokuyo)等。其中西克和北陽機電的激光雷達是二維激光雷達，主要用於工業領域和安全防禦領域，其餘三個廠商生產的激光雷達通常用於三維測距。Velodyne、Quanergy的激光雷達主要用於無人駕駛汽車，Ibeo的激光雷達受限於線型和精度，主要應用於ADAS系統。Velodyne已經和福特創建了合做關係，而且谷歌無人車、百度無人車和一些高校的無人駕駛汽車研究團隊都使用的Velodyne公司的產品;Quanergy已經和汽車電子系統TIER 1供應商德爾福展開合做;Ibeo也與汽車電子系統TIER 1供應商法雷奧有合做關係。

　　在國外激光雷達市場份額被諸如瑞士Leica、加拿大Optech、奧地利Riegl、美國Trimble等老牌測繪企業佔據。國內公司在激光雷達的研發和生產上剛剛起步。目前，國內研發生產激光雷達的公司主要：華達科捷和歐鐳激光(都是巨星科技子公司)、鐳神智能、思嵐科技、北醒光子。

 

　　表7：國內外激光雷達企業及產品應用領域

國外	Velodyne	是	--	--	--
	Sick	是	是	--	--
	北陽	--	是	--	--
	Ibeo	是	--	--	--
	Quanergy	是	--	--	--
	Leica	--	--	--	是
	Optech	--	--	是	是
	Riegl	--	是	是	是
	Trimble	--	是	是	是
國內	思嵐科技	--	是	--	--
	鐳神智能	--	是	--	--
	華達科捷	是	是	--	是
	北醒光子	--	是	是	--
區域	廠商	智能汽車	機器人	無人機	測繪領域

 

　　目前, 全世界僅有日本、德國等少數幾個企業有能力生產激光雷達，但其價格都不低，通常服務機器人很難承受如此昂貴的元器件。影響激光雷達價格的主要有兩大要素：線束數量和採購量。一般線束越高，激光雷達的價格越高。採購量越大，價格越低。Quanergy公司經過下降線束維度，逐步使用固態激光雷達，讓成本下降到了250美圓左右，國內企業思嵐科技，能夠在採購量超過1萬臺左右的量時，單線束的價格能夠下降到1000元之內。

 

　　圖10：激光雷達價格發展趨勢

　　2.4 3D 攝像頭

　　3D攝像頭有可以讓機器人感知周圍物體，測算障礙物距離和識別人體動做的功能。3D 攝像頭產品主要包括Intel Realsense、蘋果PrimeSence、Microsoft Kinect第一代/第二代、奧博中光的「單目+結構光」方案、Leap Motion、圖漾科技的「雙目+可見光/結構光」方案等。

　　3D攝像頭市場規模持續增加，預計在2020 年將達到76 億美圓。隨着計算機視覺應用的需求愈發強烈，做爲視覺感知的3D攝像頭也將獲得普遍應用。根據Allied Market Research的研究預測，全球3D攝像頭市場將在2016-2021 年以40%的複合增加率增加，2021年的市場規模將達到108億美圓。

　　2.5 運動控制模塊

　　一、步態與非步態共生共存

　　服務機器人運動的控制，有液壓控制和電機控制兩種方式。Alphabet的子公司Boston Dynamics研發的Atlas是液壓控制的典型表明，採用力矩控制的算法，實現了雪地行走和摔倒爬起等動做，技術複雜可是很是成功。本田公司的Asimo採用經典的ZMP算法，目前實現了基本的彎腰、握手、跳舞等功能，可是在控制精度和穩定性方面仍然有待提升。由於液壓控制的體積大等緣由，在軍事應用方面前景較好，可是在家庭應用領域電機控制將是主流。

 

　　表8：Atlas和Asimo對比

控制方式	液壓控制	電機控制
控制算法	力矩控制	ZMP+位置控制
運動形態	步態	步態&非步態
複雜度	高	中
技術成熟度	高	中
生產公司	Boston Dynamics	本田
主要動做	雪地行走、摔倒爬起	下臺階、彎腰、握手、跳舞
外形	高1.75m、重82kg	高1.30m、重48kg
應用場景	軍隊	家用
對比項	Atlas	Asimo

 

　　服務機器人的行走方式分爲步態和非步態。步態行走包括液壓控制和電機控制，關節處的舵機是核心部件，也是硬件的主要成本，典型的帶有舵機的機器人：國外是Nao機器人、Asimo機器人和Atlas等，國內典型是優必選;非步態行走主要是電機控制，在機器人底部裝上萬向輪結構簡單成本低，非步態的典型機器人表明：國外是Pepper，國內是康力優藍。

 

　　表9：不一樣機器人運動控制和價格對比

機器人廠商	控制方式	行走方式	應用	價格
Asimo	電機控制	步態	家庭和公共服務	租賃約97萬元/月
NAO	電機控制	步態	研究和教育領域	約5萬元/臺
Atlas	液壓控制	步態	軍事
阿爾法2	電機控制	步態	家庭陪伴	7999元/臺
Pepper	電機控制	非步態	情感交互	約6萬元/臺
康力優藍	電機控制	非步態	早教	3980元/臺

 

　　二、核心部件舵機的市場狀況

　　舵機也叫伺服電機，包含了電機、傳感器和控制器，是一個簡單而完整的伺服電機系統，是步態服務機器人的核心部件。舵機能夠經過程序連續控制其轉角，能夠獲得比較精準的位置、速度或力矩輸出，於是普遍用於機器人各種關節運動中。步態機器人自由度(關節數)衆多，優必選Alpha1S有16個自由度，本田Asimo第三代有57個自由度，步態機器人對舵機價格十分敏感。

　　圖11：舵機的組成

　　目前在服務機器人舵機領域，最流行的品牌是韓國Robotis的Dynamixel系列。通常同品牌的舵機核心參數扭矩越大，價格越高。好比Dynamixel系列中，扭矩12 kg•cm的價格約400元，扭矩28 kg•cm價格約2000元, 扭矩106 kg•cm價格約4000元。

 

　　圖12：韓國Robotis的Dynamixel系列舵機參數與價格關係

　　國內優必選公司突破技術壁壘下降成本，開發的舵機內置MCU系統，自主改進PID算法，扭矩大，體積小，控制精度高，得到多項發明專利。6.5V時扭矩爲8kg·cm，速度爲0.238sec/60°，價格約20元，參數類似國外產品，價格是優必選舵機的3倍以上。

 

　　圖13：優必選的舵機

 

 

　　表10：國內外幾種舵機的比較

品牌	FUTABA S3003-NP	Hitec HS- 5085MG	GWS S777CG 6BB	優必選 UBT12-HC
國家	日本	韓國	臺灣	中國
尺寸	40×20×36mm	29x13x30mm	45x23x24mm	44×22.5×29mm
轉速（6.5V）	0.19sec/60°	0.13sec/60°	0.33sec/60°	0.24sec/60°
扭矩（6.5V）	4.1kg•cm	4.3kg•cm	8kg•cm	8kg•cm
轉角範圍	0-180°	0-180°	0-180°	0-180°
價格	90元	220元	85元	20元

 

　　2.6 AI智能芯片

　　一、通用芯片FPGA和GPU表現更佳

　　通用智能芯片包括GPU、FPGA、TPU/NPU等，是人工智能產業的最上游。2015年Intel收購Altera的主要產品FPGA即現場可編程門陣列，具備高性能、可編程及低能耗等特色，比CPU 和GPU更適合感知計算，隨着視覺、語音、深度學習的算法在FPGA 上不斷優化，在感知計算上，FPGA 相比GPU 和CPU 有巨大優點，FPGA將逐漸取代GPU 和CPU 成爲機器人上的主要芯片。

圖14：CPU、GPU、FPGA不一樣線程下處理速度對比圖

　　數據來源：SDAccel

　　二、專用芯片專爲服務機器人定製

 

　　專用芯片又稱爲「人工智能芯片」「神經網絡芯片」等，目前有兩種思路：以智能算法爲主線和以仿生爲主線，二者的典型表明分別爲寒武紀、IBM TureNorth。特色是處理速度是同等面積CPU的百倍，性能相同時面積和功耗低於GPU的1/100。

　　表11：寒武紀1號與TrueNorth對比

研發機構	中科院	IBM
思路	以智能算法爲主	以仿生爲主
加速模型	加速人工神經網絡模型	脈衝神經網絡
速度和功耗	不到CPU1/10的面積和功耗達到了100倍以上的神經網絡處理速度，性能功耗提高了1000倍	速度是CPU100倍，能耗萬分之一
對比項目	寒武紀1號	TrueNorth

 

　　三、通用芯片與專用芯片並存

　　通用芯片中GPU和FPGA在解決海量計算問題上優於傳統CPU，擴展性和移植性較好，可是軟件複雜度和開發週期較高;專用芯片能實現更高的效率和更低的功耗，可是目前總體處於研發階段，擴展性和軟件移植性不如通用芯片，可是軟件複雜度和開發週期優於通用芯片。

 

　　表12：通用芯片和專用芯片對比

購買	容易	不易、受制於人
擴展性	良好	不易
軟件移植性	好	差
軟件複雜度	高	低
開發週期	長	短
產品	CPU、GPU、FPGA	寒武紀1號，IBM  TrueNorth
對比項	通用芯片	專用芯片

 

　　四、國外巨頭積極卡位佔據幾乎所有市場份額

　　芯片巨頭英特爾、英偉達、高通、IBM受制於PC和智能手機出貨量增加緩慢的趨勢，已經在人工智能算法芯片化方向開始佈局。全球AI芯片投資活躍，Intel收購Alltera、Nervana，軟銀收購ARM 佈局深度學習。中國也投入鉅額，砸向人工智能芯片，如中科院的寒武紀芯片等。

　　表13：國內外巨頭佈局智能芯片

機構名稱	時間	事件	芯片
英偉達	2015.3	134億美圓收購Altera公司	研發FPGA芯片
英偉達	2016.4	千名工程師、25億美圓項目	研發Tesla P100芯片
IBM	2015.8	多塊芯片構建人工大腦	研發TrueNorth芯片
中科院	2014.6	投入8年研發芯片突破瓶頸	研發寒武紀芯片

 

　　2.7 機器人操做系統

　　因爲硬件還沒有標準化，加上操做系統的缺失，致使流行的應用軟件很難在五花八門的裝置上運行，一樣在一臺機器上使用的編程代碼，幾乎不可能在另外一臺機器上發揮做用。機器人操做系統的完善將下降機器人的開發難度，推進機器人的普及。

　　全球機器人主流操做系統是安卓和ROS，二者均基於linux內核。安卓由Google公司開發，在商用領域有普遍應用，佔據智能手機和平板電腦的絕大部分市場份額，在機器人上也有普遍應用。ROS誕生於斯坦福AI實驗室，在學術和研究領域廣受歡迎，目前的應用更偏向於在工業機器人領域和工業控制。除此以外，法國Aldebaran公司自主開發的NAOqi操做系統也較爲知名，國產操做系統TuringOS、iBot OS等也在突破。

 

　　表14：幾種機器人操做系統對比

是否開源	是	是	一般不開源
是否具備現成程序包	有大量現成程序	有2000多個工具包	基本沒有
是否支持多語言	支持	支持C++、Python、Octave	支持
應用案例	優必選	ClearPath/Rethink/Unbounded/Neurala/Roomba	奧飛動漫、哆啦A夢
對比項	安卓系統	ROS系統	其餘系統

 

　　安卓系統生態圈應用數全球第一。據App Figures發佈的報告顯示，谷歌Play商店中的應用數超越了比蘋果ios App store中的應用數。鑑於此，爲吸引更多開發者，本來搭載基於ROS本身研發的NAOqi系統的Pepper機器人，也在自身操做系統上增長了Android系統層，供開發者開發應用。

　　ROS系統主要應用於智能機器人。截至目前，ROS應用在106種機器人上，以智能機器人爲主，其中又以移動機器人和智能交互機器人爲主，包括著名的Pepper和NAO。目前已經有不少機器人公司採用了ROS系統來開發一些應用於全新市場的產品，如ClearPath，Rethink，Unbounded，Neurala，Blue River等，最典型的就是Willow Garage的PR2機器人。

 

　　國產操做系統在孕育。Turing OS是中國首批人工智能級可商用的機器人操做系統之一，是具有情感和思惟能力的機器人操做系統，商業應用前景廣闊。根據公開資料，Turing OS擁有情感、思惟、自學習三大引擎，情感計算引擎已支持25種語言類情感識別，識別準確率達95.1%，而在情感表達方面，Turing OS支持468類情感語言表達，88套表情動做表達組合，120種聲音語調，可以讓機器人模擬人類80%的情感表達模式。據後臺數據顯示，有超過23萬的合做夥伴和開發者長期合做，共享知識庫達到15億項，應用領域累計覆蓋用戶超過3億人次，進而天天可收集和積累億級的用戶大數據。

 

　　第三部分 服務機器人在細分領域的應用

　　服務機器人產業鏈下游是各種應用級公司，他們基於特定的使用場景，開發機器人本體，並集成相關產業。目前在市場上能找到的細分領域的產品有80餘種，應用較廣的專業級應用場景包括國防、巡檢、物流等，家用、我的等場景包括掃地機器人、教育機器人、陪護機器人等。

　　清潔機器人主要是掃地機器人，是目前市場上比較熱銷的產品，知名的品牌也比較多，擦窗機器人也在逐漸放量，其中國外龍頭是iRobot，國內巨頭是科沃斯;醫療機器人的最典型表明是美國的直覺外科公司，其手術機器人達芬奇機器人也是享譽全球;教育行業做爲目前大多數公司切入的細分領域，也成爲創業和投資熱點，國外的樂高，國內的優必選、康力優藍、將來夥伴均是優質標的。

 

　　表15：國內外服務機器人應用級公司梳理

應用級/功能級標的
國內企業	清潔機器人	醫療機器人	陪護機器人	教育機器人
	科沃斯	上海新紀元機器人	康力優藍	康力優藍
	銀星智能	膠囊機器人	Rokid	將來夥伴
	寶樂機器人	妙手機器人	I-know機器人	優必選
	福瑪特	天智航	阿U機器人
	Xrobot		新鬆
	地貝		奧飛動漫
	美的		上海人智科技
	海爾
	國自機器人
國外企業	Irobot	Intuitive Surgical	豐田	樂高
	NEATO	Vgo	Aldebaran
	Dyson	Rewalk	藍蛙機器人
	浦桑尼克		Sumitomo Riko
	飛利浦		Pepper
	三星		Miro
	LG		Robear

 

　　應用場景的深度和寬度決定了產業化的快慢。

　　深度的定義：在某特定應用場景下，針對單一屬性的需求挖掘更深的需求要素。例如掃地機器人，除了掃地外，還能夠有自動回充、自動巡航等功能。

　　寬度定義：對某特定的應用場景，能夠有多個維度的拆分，例如陪護。

　　產業化規律：應用場景寬度越窄，深度越深，越容易產業化。比較典型成功的例子就是掃地機器人。

　　圖15：細分應用市場的產業化圖譜

 

數據來源：資料整理

　　圖16：服務機器人技術、場景分佈圖

 

資料來源：公開資料整理

　　3.1 清潔機器人

　　清潔機器人做爲家用機器人中目前最成熟的商業應用，以惠民的價格切入到實用度高的家政服務應用場景，價格通常從幾百元到上千元不等，做爲家庭電子類消費產品進入千家萬戶。按照IFR預測，2014-2017年間，家務清潔機器人預計可銷售2390萬臺，實現收入約65億美圓。

　　家用清潔機器人目前市場上比較知名的表明公司及產品有：

　　美國巨頭iRobot的真空吸塵器Roomba，排水溝清洗器Looj，水池清洗器Mirra，地板清洗Scooba，國內龍頭科沃斯的地面清潔機器人地寶、擦窗機器人窗寶、淨化機器人沁寶，銀星的KV8，利而浦電器的福瑪特。

　　隨着家用服務機器人技術不斷成熟，實用性加強，量產後成本將進一步下降，其價格將與普通家用消費類電子產品至關，甚至更便宜。以iRobot生產的Roomba528吸塵機器人爲例，它的售價已經降到了2599元人民幣，以其使用壽命5年計算，每日僅需花費1.4元便可保證家庭的地板潔淨，低於一線城市僱傭鐘點工時薪20元的花費。

　　圖17：家用清潔機器人主要產品

資料來源：公開資料整理

　　3.2 智能醫療服務機器人

　　手術機器人和康復機器人是智能醫療機器人中發展最突出的兩類機器人。手術機器人門檻高，康復機器人機會大。

　　智能醫療服務機器人包括智能手術機器人、智能康復機器人、智能微創放射性手術系統、智能急救機器人、智能非醫療醫院機器人等。其中，智能手術機器人和智能康復機器人是發展最突出的兩類。智能手術機器人主要針對神經外科、骨科、腹腔鏡和血管介入手術，最著名的表明是達芬奇手術機器人，其得到美國FDA認證，目前市值超200億美圓，全球裝機量3600餘臺，產品毛利率高達70%。智能康復機器人主要針對肢體訓練和生活輔助，最著名的是以色列Rewalk。

 

　　表16：智能手術機器人分類及典型企業

 

分類	神經外科機器人	骨科機器人	腹腔鏡機器人	血管介入機器人
做用	腦部病竈精準定位 輔助醫生加持和固定器械	髖關節置換手術規劃 輔助手術定位	針對心臟、泌尿、胸外科、肝膽胰、腸胃、婦科等手術 輔助醫生實施微創腹腔鏡手術	在數字血管噪音系統下輔助操控導管在人體血管內運動 溶解血栓、擴張血管
典型企業及產品	Neuro Matel機器人 Meditech 公司Pathfinder 機器人 Meditech公司Rosa機器人	Mazor 公司 Renaissance機器人 Curexo 公司Robodoc 機器人 Mako Surgical 公司 RIO機器人 天智航公司 Tirobot 骨科機器人	INTUITIVE 公司達芬奇機器人 TransEnterix 公司ALF-X 機器人 FreeHand 公司 Freehand 機器人	Sensei 機器人 Stereotaxis 公司 EPOCH 機器人

 

　　表17：智能康復機器人分類及典型企業

分類	上肢康復	下肢康復	功能代償	功能輔助
做用	上肢康復	末端牽引、多關節牽引、輔助起立、多體位康復		輔助護理、飲食等
典型企業及產品	MOTORIKA 公司上肢康復訓練機器人 Technobody 公司Multi-Joint System	LokoHelp 公司下肢康復訓練機器人 Rewalk 公司下肢外骨骼機器人	Mako 公司智能關節機器人 Veda與Tmsuk公司RODEM智能輪椅	STRYKER iNTOUCH 智能護理牀 SECOM 公司 Myspoon 飲食護理機器人

 

　　智能醫療服務機器人將保持快速增加。全息智慧產業研究院預計2015-2020年，全球智能醫療機器人將以年均20.5%的增速保持增加，市場規模預計將在2020年達到127億美圓。

　　手術機器人產業較爲集中，康復機器人產業活躍度高但集中度低。康復機器人是醫療服務機器人的重要增加點，產業活躍度高，以色列REWALK公司是全球得到美國FDA認證的下肢外骨骼機器人，2015年營收達到374.6萬美圓，是智能康復機器人的領軍企業。國內上市公司科遠股份、金明精機、迪馬股份等上市公司積極佈局。

　　3.3 教育服務機器人

　　教育服務機器人的應用場景主要在學校和家庭，對象主要是幼兒和K12羣體。主要涉及「教育行業中的服務機器人」和「青少年機器人教育」兩個方面，包含早教、競賽、培訓三大場景。根據《2016全球教育機器人發展白皮書》預測，將來5年全球教育機器人的市場規模將達111億美圓。早教場景有待市場檢驗，競賽場景較爲穩定，以積木機器人爲核心產品的培訓場景能夠期待，國內公司中憑藉低成本的舵機和積極的市場戰略，優必選可能成爲將來的黑馬。

　　一、教學用機器人典型案例——NAO機器人

　　目前已經有超過5000個NAO已經被全球50個國家的550間頂尖高校和實驗室購買做爲研究工具。高校不只將NAO運用在機器人研究、人工智能、工程學、數學、物理學和計算機科學領域，還運用在社會學和醫療保健領域。NAO參與的研究項目包括語音識別、視頻處理、模式識別、自閉症治療、多智能體系統、自動化、訊號處理、全身運動以及路徑規劃。NAO在教育領域的成功經驗，值得其餘機器人公司借鑑和思考。

 

　　圖18：NAO機器人組成

　　二、機器人結合STEAM教育理念具備肯定放量的方向

　　STEAM教育是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、人文(Arts)、數學(Mathematics)的縮寫，旨在將各個領域的學科知識和生活中的平常應用結合起來，以深度的綜合教育服務，培養創新型人才。目前，機器人、編程、3D打印等形式成爲 STEAM 教育最主流的形式。

　　國內優必選的人形機器人ALPHA機器人系列的自由編程和Jimu機器人的模塊化組裝，都是STEAM教育理念下，機器人放量的表明。據測算機器人教育培訓場景將來的市場規模約爲300-600億，機器人公司中樂高機器人是龍頭，市場份額爲10%，其餘機器人公司約1%-2%;樂高機器人2000-5000，定位高端，而優必選機器人1000-2000，定位中端，其積木機器人能夠與樂高機器人進行差別化競爭，優必選的品牌在國內具備必定優點，同時價格也能夠作低，對於教培機構吸引學生下降成本是好事，將來培訓場景中，優必選多是一匹黑馬。

 

　　圖19：優必選Alpha 1S機器人及其JIMU機器人探索者系列

　　表18：教育培訓場景下市場容量解析

　　機器人公司：樂高機器人市場份額10%，其他都在1-2%及如下

　　教育培訓機構：全國近5年增加15倍，目前估算有1萬家以上

 

　　教育機構使用的機器人：高端產品用樂高，低端產品自制

增量擴張	存量替代
2016年市場規模約爲200億元 將來潛在市場規模： 韓國滲透率5000萬/10萬 中國14億人，對應300萬人 對應市場約爲300-600億元	樂高機器人2000-5000，定位高端 優必選機器人1000-2000，定位中端 因爲優必選舵機技術和成本優點 同等質量，價格僅有國外的1/3

 

　　3.4 家庭陪護機器人

　　家庭陪護機器人中的明星產品是Buddy。Buddy是BlueFrog推出的產品，主要定位兒童和老年人市場，除了可以完成巡視房屋、控制智能家居、播放音樂視頻等常規功能外，還能夠以「家庭新成員」的身份，給兒童講故事，提醒老年人用藥等。

　　家庭社交機器人JIBO，JIBO是麻省理工學院媒體實驗室團隊研發的一款家庭社交機器人，主要定位中高端家庭市場，主打情感感知功能，可以對用戶情感進行識別和交互，同時，B端地產、酒店等也是潛在用戶。JIBO在2015年8月的融資中引進了來自中國、日本、韓國的投資者。

 

　　圖20：Buddy和JIBO

　　情感機器人Pepper 也風靡全球。Pepper是由日本軟銀集團和法國Aldebaran Robotics 機器人公司共同研製的用於智能化的家用人形機器人，具備很強的感知、情感和交流能力，能夠知足娛樂、交流對話、看護、平常陪伴等多種社交需求，而且做爲智能互聯終端，能夠經過軟件拓展應用。2016年6月中旬，兩批2000檯面向普通用戶正式開售，很快就被哄搶一空。

　　Pepper機器人的智能化程度極高，它能夠識別人類的表情、動做、語音，甚至判斷情感，並做出相應的交流、反饋。此外，它能夠不斷的「自我學習」，它會不斷收集對外界反應數據資料並上傳雲端，而後又經過接收來自雲端數據加強人工智能，有很好地人機交互體驗。Pepper的售價僅爲1999美圓，12000元人民幣左右，對消費者吸引力大大提高。

　　Pepper重要特色是架構開放，對全球APP應用商和軟件開發商開放的，其應用程序能夠不斷的更新和升級，功能也能夠依靠軟件無限的拓展功能無限拓展;另外一方面，阿里戰略注資Pepper，會藉由其大數據、雲服務平臺方面的核心優點，使Pepper實現自主學習，在機器視覺、語音交互、家庭智能控制等人工智能方面實現升級。像Pepper機器人這樣擁有自我學習的機器人不只僅知足了老年人須要護理的平常要求，他甚至能夠知足老人心理上須要陪伴的需求。

　　3.5 幼兒娛樂陪伴機器人

　　幼教陪護機器人與動漫IP 的結合，能夠在短時間快速提升知名度，吸引流量，大幅下降產品的推廣難度，讓機器人更容易被人接受，並快速成爲「家庭的一員」。所以，IP 和內容服務是幼教陪護機器人受歡迎的關鍵，具備肯定的量產方向。

　　市場上典型的表明是奧飛動漫推行「IP+智能」戰略，奧飛動漫於2017年1月20日發佈公告，以自有資金人民幣5000萬元投資北京光年無限科技有限公司(圖靈機器人)，得到其5%股權。奧飛將人工智能和奧飛的IP內容和服務結合在一塊兒，將奧飛的「兒童內容」核心優點與圖靈機器人的人工智能優點相結合，推出新型兒童機器人，提高幼教機器人被兒童的接受意願。圖靈機器人方面，根據2016年7月28日的發佈會，圖靈已經生產了多款搭載Turing OS 1.0的機器人，其中多啦A夢機器人衆籌超過1000萬臺，和奧飛動漫合做的樂迪機器人預計銷量達到10 萬臺。

　　報告總結：

　　行業機會研判：

　　隨着移動互聯網、人工智能技術的進步，服務機器人行業的發展正在提速，市場空間巨大。類同於30年前的PC、13年前的手機、5年前的智能手機行業，行業爆發或在將來2-4年，會涌現出一批商業模式明確、「你們都能看懂」的機器人產品。

　　技術上講求多學科融合、軟硬件結合，產業鏈將涉及芯片、傳感器、機械零件、驅動器、整機產品等，軟件方面主要是人工智能、操做系統、外圍服務等。其中人工智能水平正在以指數級速度成長，語音識別、語義識別、圖像識別實現顯著進步，投資可關注入口級技術龍頭企業。

　　需求領域大體可分爲C端和B端。C端目前以我的情感陪伴、殘障輔助、家庭做業、教育類爲主，需求培育還有待時間。B端更多實際需求，如酒店服務、醫院服務、安防服務等，如藉助銷售模式創新，將很快看到需求爆發。

 

　　目前全球服務機器人產業格局尚未造成，國內企業有不少優點和機會。將來有望成功的機器人公司或是如下類型：1)獨到需求+成熟商業模式型，能融合市場、渠道、銷售和獨到的需求爆發點;2)技術領先型，擁有硬件優點、軟件思惟及大數據能力的機器人公司。目前國內純技術領先的企業並很少，第一種類型的企業可能機會更大。

 

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