服务机器人研究报告：产业链分析及投资前景预测
服务机器人研究报告：产业链分析及投资前景预测
2017-08-31 08:37中国投资咨询网
服务机器人在国内发展的阻力远远小于工业机器人。一方面，服务机器人是国内公司与国外公司差距较小的领域，国内企业的服务机器人往往能针对特定市场进行开发，可以发挥本土企业与行业紧密结合的优势，在竞争中占据比较优势的地位，另一方面，国外的服务机器人也是属于新兴行业，目前比较大的服务机器人公司产业化历史也多在5-10年，大量的公司仍处于前期研发阶段，时间上给予国内公司缩小差距的机会。服务机器人更接近消费端，在人口老龄化不断加剧以及劳动力成本急剧上升等刚性因素的驱动下，服务机器人产业势必迎来发展的春天，市场空间非常广阔。
1.1 服务机器人产业链的特点
服务机器人是一个软件、电子和机械结构深度整合的产物。
产业链的上游，包括智能芯片、传感器、激光雷达、舵机等元器件生产厂商。这些厂商是典型的技术驱动型，如果服务机器人产业中下游出现快速爆发，则该领域制约因素是其产能的瓶颈。
产业链的中游，包括操作系统提供商、AI引擎提供商、云系统提供商等，这个版块比较独立，核心竞争力是其数据以及算法;中游的产品版块还包括从设计、加工到营销，核心的壁垒是产品品牌、渠道和产能;而操作系统是建立起生态圈的核心要素，做产品的公司可以通过该要素建立重要壁垒。
产业链的下游，包括集成应用、各种消费场景应用等。中游做产品的板块商结合语音图像板块，通过虚拟机器人或实体机器人向下游各场景的消费和流通节点推广，各个场景按照功能实现和产业化的难易程度进行产品的迭代放量，成为中上游的强力引擎。
图1：服务机器人产业链
数据来源：公开资料整理
1.2 服务机器人的产业链价值分布
核心零部件、AI模块、操作系统是服务机器人产业链的重要价值所在。
服务机器人根据系统架构，可以拆分为“应用软件-引擎接口-操作系统-关键零部件-本体”，价值量也呈现菱形分布，借鉴互联网生态系统的发展模式，掌握入口级技术是服务机器人产业链的重要价值。
图2：基于云架构的人机交互终端系统架构
数据来源：《面向智能家居/智慧生活的服务机器人技术与系统》
上游的零部件厂商如芯片、激光雷达、舵机等，拥有核心的技术，占据价值链的主要部分，是典型的技术驱动产业，核心研发能力是关键壁垒。中游语音和图像公司的AI模块，是目前学术研究和初创公司抢占的热点，也占据重要价值。而产品板块的公司目前的壁垒在于品牌、渠道、产能，未来的壁垒在于生态圈的建立，而生态圈的核心在于操作系统。服务机器人涉及智能交互、语音图像识别、本体的制造集成，需要很多软硬件的关键技术，单一的企业很难全部掌握突破，早期发展阶段单一消费端产品风险较大。所以各巨头企业往往倾向掌握核心入口技术，建立服务机器人平台。国内来说在传感器等基础核心硬件方面比较薄弱，但图像识别、语音识别、人机交互、大数据等软件核心领域，是国内很多初创企业发展的重要方向。
图3：服务机器人产业链价值分布
数据来源：公开资料整理
1.3 服务机器人产业的成长逻辑
产业的成长逻辑为：核心技术突破，产品迭代放量，成本大幅降低，之后大规模扩张。
(1)平台级的公司以技术和成本为核心
语音、图像识别公司，核心在于提高其AI水平;核心零部件公司如芯片、激光雷达公司等，核心在于提高其性能和降低其成本;操作系统公司的主要任务是将入口接口统一并且易于产品开发。平台级的公司面临的问题就是核心技术的快速提高，使各种不同平台和场景得以兼容，迅速应对多元化的应用场景。
(2)应用级的公司以场景实现为核心
这类公司主要基于特定细分场景的实现，如扫地机器人、陪护机器人、教育机器人、医疗机器人、导购机器人等。应用级的公司，将与场景有关的的产业进行结合集成，做基于一个点的创新，其最核心竞争要素包括：一方面研发具有刚性需求场景的机器人品种;另一方面是采用平台级厂商的产品，将上游的硬件设备进行集成。
图4：服务机器人产业成长逻辑与平行主体
数据来源：公开资料整理
1.4 服务机器人产业的发展趋势
美国在服务机器人领域是绝对的全球霸主。根据报道机器人产业最权威的机构《Robotics Business Review》公布的2016年“全球最具影响的50家机器人公司”显示，美国的服务机器人企业，既有Google、亚马逊这样的上市公司巨头，又有Jibo、Seegrid这样的初创企业。日本、英国、德国、以色列也有多家企业上榜，国内唯一一家上榜的是大疆无人机。该榜单大部分都是非上市企业，说明行业的产业化历史也不过5-10年，属于刚刚兴起，国内外差距并不大。
从该榜单公布企业的产品看，服务机器人主流方向主要包括：智能交互式机器人、医疗机器人、无人机以及其他特定场景服务机器人。在用户需求的驱动下，服务机器人呈蓬勃发展之势，以垂直领域发展为主，无人机的广泛运用、医疗机器人的不断更新、以及智能交互式服务机器人特别在教育、陪护、客服等应用场景的兴起，将成为世界服务机器人发展的主流方向。
1.5 服务机器人产业的市场规模
专业服务机器人的需求属性类似于工业机器人，是to B的，下游主要面对国防军工、农业、医疗清洁等领域。家庭、个人服务机器人则直接面对家庭和个人，使用环境范围相当广泛，在人机交互、实用性上要求较高，有着消费品的独特属性。
根据IFR(国际机器人联合会)的预测，2016-2019年，预计全球专业服务机器人的销量合计将达到33.32万台，销售额合计将达到231亿美元。预计全球个人-家庭服务机器人的销量合计将达到4200万台，销售额合计将达到242亿美元。届时，服务机器人的市场规模将达到500亿美元，市场规模将远超工业机器人，行业未来前景广阔。
图5：个人、家庭服务机器人销量及预测
数据来源：IFR
2007 年，比尔盖茨在《科学美国人》上撰文《A Robot in every Home》，他憧憬到：机器人会向个人电脑一样进入每一个家庭，为人类服务。随着人工智能以及智能硬件在过去这些年的飞速发展，智能机器人很快将进入商业化时代，盖茨的憧憬将在10 年内实现。随着成本的不断下降，如果真能实现盖茨的愿景，届时服务机器人有望成为新的智能终端，就如我们现在的手机一般。
1.6 国内服务机器人上市及初创公司标的
国内A股切入服务机器人产业链的上市公司主要包括：做语音识别语义理解的科大讯飞、转型人脸识别概念的川大智胜，以及通过并购相关初创公司切入该产业链的，如巨星科技、康力电梯、慈星股份等，此外新三板上，也有诸如做医疗机器人的天智航、同样做语音识别的捷通华声、做智能客服机器人的智臻智能等标的。
表1：国内服务机器人上市标的
数据来源：公司公告(截至2017.4.1)
国内也出现了不少优秀公司。从平台类来看，语音板块包括云知声、出门问问、思必驰等，激光雷达包括思岚科技、镭神智能、华达科捷(巨星科技持股65%)、北醒光子(华灿光电拟入股3.75%)等;从应用类来看，扫地机器人有科沃斯、银星智能、深圳宝乐机器人等，教育机器人有康力优蓝、优必选、未来伙伴等。
图6：国内服务机器人初创企业
数据来源：广发证券整理
IT桔子曾统计过从1998年至2016年注册成立的170家服务机器人初创公司，这些服务机器人公司共有36种细分场景，其中教育类机器人是目前最大的细分场景，占比达到16%，包括优必选、小卡机器人、康力优蓝、未来伙伴、乐创教育等。这些教育类机器人公司包括两类，一类是以优必选为代表的“技术流派”公司，主要提供机器人产品;一类是以乐创教育(新三板：836667)为代表的“教育流派”公司，着重培训教育。
在2016年世界机器人大会上，约有150多家中外机器人企业亮相，服务机器人表现抢眼，热度不断提升。除了上市公司外，如小i 机器人、萝卜家族、穿山甲机器人、克鲁德机器人、北醒光子等大量初创型企业。率先产业化的扫地机器人和消费级无人机加速了产业和资本对服务机器人的热情，随着教育、陪护、安防等新需求的兴起将会有更多的机会等待挖掘。
第二部分 服务机器人关键模块解析
入口级技术占据服务机器人产业链的重要价值。
服务机器人的系统架构可以拆分成“应用软件-引擎接口-操作系统-关键零部件-本体”，其价值量也呈橄榄球形状分布，核心零部件(智能芯片、舵机等)、操作系统和AI引擎占据重磅价值。
关键零部件有芯片、舵机等，它们是典型的技术驱动产业，核心研发能力是关键壁垒。目前英伟达的GPU最为火爆，英尔特的布局也渐渐清晰，国内企业正在积极追赶;激光雷达是从军用到民用，国外有部分公司如Velodyne转型较早，国内思岚科技、镭神智能等技术也较为成熟。AI引擎、感知引擎和服务接口，主要由语音服务商、图像服务商提供，数据和算法是其关键竞争力。语音和图像的技术相通性高，属于AI范畴，全球范围内最强的当属美国的Alphabet，还有微软、英特尔、IBM、Facebook、Nuance等巨头，国内有百度等巨头，众多初创公司如思必驰、云知声、face++等也具有较强技术储备。机器人操作系统则类似手机的操作系统，将成为构建生态圈的关键壁垒，主流是安卓和ROS，国内有图灵等公司在做。服务机器人涉及交互设计、图像识别、人工智能、制造集成等多款软硬件技术，所以单一企业很难突破服务机器人的高端化。
表2：国内外服务机器人入口级公司梳理
|
平台级-入口级公司 |
|||||
|
语音交互 |
图像识别 |
激光雷达 |
智能芯片 |
操作系统 |
|
|
国内企业 |
科大讯飞 云知声 捷通华声 思必驰 出门问问 |
Face++ 川大智胜 商汤科技 格林深瞳 |
科沃斯 华达科捷 镭神智能 思岚科技 北醒 |
地平线机器人 华为 中科院 |
图灵机器人 小i机器人 康力优蓝 汤尼机器人 |
|
国外企业 |
Nuance IBM 微软 Siri Google Now |
微软 谷歌 Orbus |
Velodyne Quanergy Ibeo 北阳机电 西克（SICK） LASE |
因特尔 高通 IBM |
ROS 谷歌安卓 微软RDS Player OpenRTM-aist |
人机交互及识别模块、环境感知模块、运动控制模块，是整个服务机器人产业的三大核心技术模块。
依托于三大模块，机器人有基础的硬件：电池模组、电源模组、主机、存储器、专用芯片等，还有操作系统：ROS、安卓等;由硬件和操作系统构成机器人整机，整合基础硬件、系统、算法、控制元件，形成满足一定行走能力和交互能力的机器人整机;在此基础上形成各种基础应用开发，基于机器人操作系统开发的控制类APP、管理员APP和各类应用程序App等;产生的数据将有群组服务、云服务、大数据服务等。
图6：服务机器人的核心模块和技术
数据来源：广发证券整理
服务机器人的交互能力、感知能力、运动能力对应三大模块。交互模块包括语音识别、语义识别、语音合成、图像识别等，相当于人的大脑;感知模块借助于各种传感器、陀螺仪、激光雷达、相机、摄像头等，相当于人的眼、耳、鼻、皮肤等;运控模块包括舵机、电机、芯片等。
图7：服务机器人的三大核心模块
数据来源：广发证券整理
目前的技术储备方面，只有语音和OCR领域具备一定的成熟度。语音和OCR领域已发展接近20年，在某些特定场景和行业已经有了一些数据基础。其他的技术包括图像识别、语义分析都还在很早期的阶段。未来人工智能是核心。
图8：细分模块的成熟度和重要性排序
数据来源：广发证券整理
2.1 语音交互模块
1、美国市场巨头布局基本完成，国内战场方兴未艾
|
美国市场 |
中国市场 |
|
Nuance是全球语音市场的龙头，下游客户广泛，包括医疗保健、手机及消费者、企业、图像四大部分,全球智能语音市场份额占60%以上。谷歌和微软内部的语音部门也在积极拓展。苹果通过收购Siri后，又引进了新的技术团队进行语音研发和市场开拓。
|
科大讯飞和捷通华声成立较早，在语音市场占据第一梯队，其中科大讯飞是龙头，目前占有中文语音技术市场60%以上市场份额，语音合成产品市场份额达到70%以上，在电信、金融等主流行业的份额达80%以上，开发伙伴超过1500家；思必驰和云之声发展迅猛；2015年歌尔声学和谷歌入资出门问问，主打移动领域。 此外BAT等巨头内部也有专门的语音部门，主要服务于公司整体战略规划。各家技术的准确率都很高，从语音转换成文字基本都在95%以上，体验上来说差距都不大。 |
整体实力上国外强于国内;从路径来看，国外收购初创团队，国内一般谋求自建;从技术水平看，国内外集中在巨头公司和科研机构，实力水平差距不大;传统的语音识别行业公司都在谋求转型发展，未来技术集中在前端技术和语义理解。
表3：国内外语音市场差异
|
引擎识别率 |
较高 |
较高 |
|
整体实力 |
强 |
较强 |
|
路径 |
收购初创团队，补齐短板后再收购 |
一般谋求自建 |
|
优势 |
产业化完善，易融合 |
中文技术强，数据量大 |
| 对比项 | 国内 | 国外 |
2、国内外语音市场
美国语音市场已经完成布局，语义市场跑马圈地已近尾声。国内市场仍处爆发期，参照美国的发展路径。
图9：美国语音语义市场重大事件
表4:国内知名语音公司
| 公司名称 |
成立时间 |
是否上市 |
主要语音产品 |
|
科大讯飞 |
1999年 |
是 |
语音合成、识别，声纹识别，讯飞开放平台 |
|
捷通华声 |
2000年 |
否 |
语音合成、识别、导航，声纹识别 |
|
思必驰 |
2007年 |
否 |
语音输入板 |
|
云知声 |
2012年 |
否 |
语控精灵 |
|
出门问问 |
2015年 |
否 |
智能语音搜索引擎 |
2.2 图像识别模块
图像识别领域活跃着微软、谷歌、Facebook及国内BAT等巨头。各家公司在技术层面上竞争激烈，在具体商业模式上各有特色。Google主要做开放平台，微软希望将图像识别技术与硬件相结合，Facebook将图像识别用于社交，亚马逊则更多地考虑电商购物，百度在传统搜索和未来无人驾驶汽车皆有布局。
表5：国内外巨头图像识别领域情况
| 时间 |
公司 |
项目 |
应用 |
|
2015.11 |
|
照片好友人脸识别 |
社交领域 |
|
2015.12 |
|
Google Cloud Vision API |
图像识别开发平台 |
|
2016.3 |
微软 |
让盲人看到世界 |
智能眼镜 |
|
2014.2 |
亚马逊 |
Flow |
网上购物 |
|
2013.1 |
百度 |
图片识别 |
搜索、无人驾驶汽车 |
巨头布局应用发力迅猛，以微软为例就进行多项目开发。
表6：微软图像识别技术与多种项目协同发展
|
时间 |
项目 |
事件 |
效果 |
|
2015.5 |
How-Old |
用户上传照片测年龄 |
引爆社交 |
|
2015.8 |
小冰第三代 |
将图像识别功能嵌入小冰 |
增强与用户感情交流 |
|
2016.3 |
Seeing AI |
新技术帮助盲人“看”世界 |
极大改善盲人生活质量 |
2.3 激光雷达模块
目前国际上领先的生产激光雷达的厂商主要有Velodyne、Quanergy、Ibeo、西克(SICK)、北阳机电(Hokuyo)等。其中西克和北阳机电的激光雷达是二维激光雷达，主要用于工业领域和安全防护领域，其他三个厂商生产的激光雷达一般用于三维测距。Velodyne、Quanergy的激光雷达主要用于无人驾驶汽车，Ibeo的激光雷达受限于线型和精度，主要应用于ADAS系统。Velodyne已经和福特建立了合作关系，并且谷歌无人车、百度无人车和一些高校的无人驾驶汽车研究团队都使用的Velodyne公司的产品;Quanergy已经和汽车电子系统TIER 1供应商德尔福展开合作;Ibeo也与汽车电子系统TIER 1供应商法雷奥有合作关系。
在国外激光雷达市场份额被诸如瑞士Leica、加拿大Optech、奥地利Riegl、美国Trimble等老牌测绘企业占据。国内公司在激光雷达的研发和生产上刚刚起步。目前，国内研发生产激光雷达的公司主要：华达科捷和欧镭激光(都是巨星科技子公司)、镭神智能、思岚科技、北醒光子。
表7：国内外激光雷达企业及产品应用领域
|
国外 |
Velodyne |
是 |
-- |
-- |
-- |
|
Sick |
是 |
是 |
-- |
-- |
|
|
北阳 |
-- |
是 |
-- |
-- |
|
|
Ibeo |
是 |
-- |
-- |
-- |
|
|
Quanergy |
是 |
-- |
-- |
-- |
|
|
Leica |
-- |
-- |
-- |
是 |
|
|
Optech |
-- |
-- |
是 |
是 |
|
|
Riegl |
-- |
是 |
是 |
是 |
|
|
Trimble |
-- |
是 |
是 |
是 |
|
|
国内 |
思岚科技 |
-- |
是 |
-- |
-- |
|
镭神智能 |
-- |
是 |
-- |
-- |
|
|
华达科捷 |
是 |
是 |
-- |
是 |
|
|
北醒光子 |
-- |
是 |
是 |
-- |
|
| 区域 | 厂商 | 智能汽车 | 机器人 | 无人机 | 测绘领域 |
目前, 全世界仅有日本、德国等少数几个企业有能力生产激光雷达，但其价格都不低，一般服务机器人很难承受如此昂贵的元器件。影响激光雷达价格的主要有两大要素：线束数量和采购量。通常线束越高，激光雷达的价格越高。采购量越大，价格越低。Quanergy公司通过降低线束维度，逐步使用固态激光雷达，让成本降低到了250美元左右，国内企业思岚科技，可以在采购量超过1万台左右的量时，单线束的价格可以降低到1000元以内。
图10：激光雷达价格发展趋势
2.4 3D 摄像头
3D摄像头有能够让机器人感知周围物体，测算障碍物距离和识别人体动作的功能。3D 摄像头产品主要包括Intel Realsense、苹果PrimeSence、Microsoft Kinect第一代/第二代、奥博中光的“单目+结构光”方案、Leap Motion、图漾科技的“双目+可见光/结构光”方案等。
3D摄像头市场规模持续增长，预计在2020 年将达到76 亿美元。随着计算机视觉应用的需求愈发强烈，作为视觉感知的3D摄像头也将得到广泛应用。根据Allied Market Research的研究预测，全球3D摄像头市场将在2016-2021 年以40%的复合增长率增长，2021年的市场规模将达到108亿美元。
2.5 运动控制模块
1、步态与非步态共生共存
服务机器人运动的控制，有液压控制和电机控制两种方式。Alphabet的子公司Boston Dynamics研发的Atlas是液压控制的典型代表，采用力矩控制的算法，实现了雪地行走和摔倒爬起等动作，技术复杂但是非常成功。本田公司的Asimo采用经典的ZMP算法，目前实现了基本的弯腰、握手、跳舞等功能，但是在控制精度和稳定性方面仍然有待提高。因为液压控制的体积大等原因，在军事应用方面前景较好，但是在家庭应用领域电机控制将是主流。
表8：Atlas和Asimo对比
|
控制方式 |
液压控制 |
电机控制 |
|
控制算法 |
力矩控制 |
ZMP+位置控制 |
|
运动形态 |
步态 |
步态&非步态 |
|
复杂度 |
高 |
中 |
|
技术成熟度 |
高 |
中 |
|
生产公司 |
Boston Dynamics |
本田 |
|
主要动作 |
雪地行走、摔倒爬起 |
下台阶、弯腰、握手、跳舞 |
|
外形 |
高1.75m、重82kg |
高1.30m、重48kg |
|
应用场景 |
军队 |
家用 |
| 对比项 | Atlas | Asimo |
服务机器人的行走方式分为步态和非步态。步态行走包括液压控制和电机控制，关节处的舵机是核心部件，也是硬件的主要成本，典型的带有舵机的机器人：国外是Nao机器人、Asimo机器人和Atlas等，国内典型是优必选;非步态行走主要是电机控制，在机器人底部装上万向轮结构简单成本低，非步态的典型机器人代表：国外是Pepper，国内是康力优蓝。
表9：不同机器人运动控制和价格对比
|
机器人厂商 |
控制方式 |
行走方式 |
应用 |
价格 |
|
Asimo |
电机控制 |
步态 |
家庭和公共服务 |
租赁约97万元/月 |
|
NAO |
电机控制 |
步态 |
研究和教育领域 |
约5万元/台 |
|
Atlas |
液压控制 |
步态 |
军事 |
|
|
阿尔法2 |
电机控制 |
步态 |
家庭陪伴 |
7999元/台 |
|
Pepper |
电机控制 |
非步态 |
情感交互 |
约6万元/台 |
|
康力优蓝 |
电机控制 |
非步态 |
早教 |
3980元/台 |
2、核心部件舵机的市场情况
舵机也叫伺服电机，包含了电机、传感器和控制器，是一个简单而完整的伺服电机系统，是步态服务机器人的核心部件。舵机可以通过程序连续控制其转角，可以得到比较精准的位置、速度或力矩输出，因而广泛用于机器人各类关节运动中。步态机器人自由度(关节数)众多，优必选Alpha1S有16个自由度，本田Asimo第三代有57个自由度，步态机器人对舵机价格十分敏感。
图11：舵机的组成
目前在服务机器人舵机领域，最流行的品牌是韩国Robotis的Dynamixel系列。一般同品牌的舵机核心参数扭矩越大，价格越高。比如Dynamixel系列中，扭矩12 kg•cm的价格约400元，扭矩28 kg•cm价格约2000元, 扭矩106 kg•cm价格约4000元。
图12：韩国Robotis的Dynamixel系列舵机参数与价格关系
国内优必选公司突破技术壁垒降低成本，开发的舵机内置MCU系统，自主改进PID算法，扭矩大，体积小，控制精度高，获得多项发明专利。6.5V时扭矩为8kg·cm，速度为0.238sec/60°，价格约20元，参数相似国外产品，价格是优必选舵机的3倍以上。
图13：优必选的舵机
表10：国内外几种舵机的比较
|
品牌 |
FUTABA S3003-NP |
Hitec HS- 5085MG |
GWS S777CG 6BB |
优必选 UBT12-HC |
|
国家 |
日本 |
韩国 |
台湾 |
中国 |
|
尺寸 |
40×20×36mm |
29x13x30mm |
45x23x24mm |
44×22.5×29mm |
|
转速（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 |
|
转角范围 |
0-180° |
0-180° |
0-180° |
0-180° |
|
价格 |
90元 |
220元 |
85元 |
20元 |
2.6 AI智能芯片
1、通用芯片FPGA和GPU表现更佳
通用智能芯片包括GPU、FPGA、TPU/NPU等，是人工智能产业的最上游。2015年Intel收购Altera的主要产品FPGA即现场可编程门阵列，具有高性能、可编程及低能耗等特点，比CPU 和GPU更适合感知计算，随着视觉、语音、深度学习的算法在FPGA 上不断优化，在感知计算上，FPGA 相比GPU 和CPU 有巨大优势，FPGA将逐渐取代GPU 和CPU 成为机器人上的主要芯片。
图14：CPU、GPU、FPGA不同线程下处理速度对比图
数据来源：SDAccel
2、专用芯片专为服务机器人定制
专用芯片又称为“人工智能芯片”“神经网络芯片”等，目前有两种思路：以智能算法为主线和以仿生为主线，两者的典型代表分别为寒武纪、IBM TureNorth。特点是处理速度是同等面积CPU的百倍，性能相同时面积和功耗低于GPU的1/100。
表11：寒武纪1号与TrueNorth对比
|
研发机构 |
中科院 |
IBM |
|
思路 |
以智能算法为主 |
以仿生为主 |
|
加速模型 |
加速人工神经网络模型 |
脉冲神经网络 |
|
速度和功耗 |
不到CPU1/10的面积和功耗达到了100倍以上的神经网络处理速度，性能功耗提升了1000倍 |
速度是CPU100倍，能耗万分之一 |
| 对比项目 | 寒武纪1号 | TrueNorth |
3、通用芯片与专用芯片并存
通用芯片中GPU和FPGA在解决海量计算问题上优于传统CPU，扩展性和移植性较好，但是软件复杂度和开发周期较高;专用芯片能实现更高的效率和更低的功耗，但是目前整体处于研发阶段，扩展性和软件移植性不如通用芯片，但是软件复杂度和开发周期优于通用芯片。
表12：通用芯片和专用芯片对比
|
购买 |
容易 |
不易、受制于人 |
|
扩展性 |
良好 |
不易 |
|
软件移植性 |
好 |
差 |
|
软件复杂度 |
高 |
低 |
|
开发周期 |
长 |
短 |
|
产品 |
CPU、GPU、FPGA |
寒武纪1号，IBM TrueNorth |
| 对比项 | 通用芯片 | 专用芯片 |
4、国外巨头积极卡位占据几乎全部市场份额
芯片巨头英特尔、英伟达、高通、IBM受制于PC和智能手机出货量增长缓慢的趋势，已经在人工智能算法芯片化方向开始布局。全球AI芯片投资活跃，Intel收购Alltera、Nervana，软银收购ARM 布局深度学习。中国也投入巨额，砸向人工智能芯片，如中科院的寒武纪芯片等。
表13：国内外巨头布局智能芯片
|
机构名称 |
时间 |
事件 |
芯片 |
|
英伟达 |
2015.3 |
134亿美元收购Altera公司 |
研发FPGA芯片 |
|
英伟达 |
2016.4 |
千名工程师、25亿美元项目 |
研发Tesla P100芯片 |
|
IBM |
2015.8 |
多块芯片构建人工大脑 |
研发TrueNorth芯片 |
|
中科院 |
2014.6 |
投入8年研发芯片突破瓶颈 |
研发寒武纪芯片 |
2.7 机器人操作系统
由于硬件尚未标准化，加上操作系统的缺失，导致流行的应用软件很难在五花八门的装置上运行，同样在一台机器上使用的编程代码，几乎不可能在另一台机器上发挥作用。机器人操作系统的完善将降低机器人的开发难度，推动机器人的普及。
全球机器人主流操作系统是安卓和ROS，两者均基于linux内核。安卓由Google公司开发，在商用领域有广泛应用，占据智能手机和平板电脑的绝大部分市场份额，在机器人上也有广泛应用。ROS诞生于斯坦福AI实验室，在学术和研究领域广受欢迎，目前的应用更偏向于在工业机器人领域和工业控制。除此之外，法国Aldebaran公司自主开发的NAOqi操作系统也较为知名，国产操作系统TuringOS、iBot OS等也在突破。
表14：几种机器人操作系统对比
|
是否开源 |
是 |
是 |
通常不开源 |
|
是否具有现成程序包 |
有大量现成程序 |
有2000多个工具包 |
基本没有 |
|
是否支持多语言 |
支持 |
支持C++、Python、Octave |
支持 |
|
应用案例 |
优必选 |
ClearPath/Rethink/Unbounded/Neurala/Roomba |
奥飞动漫、哆啦A梦 |
| 对比项 | 安卓系统 | ROS系统 | 其他系统 |
安卓系统生态圈应用数全球第一。据App Figures发布的报告显示，谷歌Play商店中的应用数超越了比苹果ios App store中的应用数。鉴于此，为吸引更多开发者，原本搭载基于ROS自己研发的NAOqi系统的Pepper机器人，也在自身操作系统上增加了Android系统层，供开发者开发应用。
ROS系统主要应用于智能机器人。截至目前，ROS应用在106种机器人上，以智能机器人为主，其中又以移动机器人和智能交互机器人为主，包括著名的Pepper和NAO。目前已经有很多机器人公司采用了ROS系统来开发一些应用于全新市场的产品，如ClearPath，Rethink，Unbounded，Neurala，Blue River等，最典型的就是Willow Garage的PR2机器人。
国产操作系统在孕育。Turing OS是中国首批人工智能级可商用的机器人操作系统之一，是具备情感和思维能力的机器人操作系统，商业应用前景广阔。根据公开资料，Turing OS拥有情感、思维、自学习三大引擎，情感计算引擎已支持25种语言类情感识别，识别准确率达95.1%，而在情感表达方面，Turing OS支持468类情感语言表达，88套表情动作表达组合，120种声音语调，能够让机器人模拟人类80%的情感表达模式。据后台数据显示，有超过23万的合作伙伴和开发者长期合作，共享知识库达到15亿项，应用领域累计覆盖用户超过3亿人次，进而每天可收集和积累亿级的用户大数据。
第三部分 服务机器人在细分领域的应用
服务机器人产业链下游是各类应用级公司，他们基于特定的使用场景，开发机器人本体，并集成相关产业。目前在市场上能找到的细分领域的产品有80余种，应用较广的专业级应用场景包括国防、巡检、物流等，家用、个人等场景包括扫地机器人、教育机器人、陪护机器人等。
清洁机器人主要是扫地机器人，是目前市场上比较热销的产品，知名的品牌也比较多，擦窗机器人也在逐渐放量，其中国外龙头是iRobot，国内巨头是科沃斯;医疗机器人的最典型代表是美国的直觉外科公司，其手术机器人达芬奇机器人也是享誉全球;教育行业作为目前大多数公司切入的细分领域，也成为创业和投资热点，国外的乐高，国内的优必选、康力优蓝、未来伙伴均是优质标的。
表15：国内外服务机器人应用级公司梳理
| 应用级/功能级标的 | |||||
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国内企业 |
清洁机器人 |
医疗机器人 |
陪护机器人 |
教育机器人 |
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科沃斯 |
上海新纪元机器人 |
康力优蓝 |
康力优蓝 |
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银星智能 |
胶囊机器人 |
Rokid |
未来伙伴 |
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宝乐机器人 |
妙手机器人 |
I-know机器人 |
优必选 |
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福玛特 |
天智航 |
阿U机器人 |
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Xrobot |
新松 |
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地贝 |
奥飞动漫 |
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美的 |
上海人智科技 |
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海尔 |
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国自机器人 |
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国外企业 |
Irobot |
Intuitive Surgical |
丰田 |
乐高 |
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NEATO |
Vgo |
Aldebaran |
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Dyson |
Rewalk |
蓝蛙机器人 |
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浦桑尼克 |
Sumitomo Riko |
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飞利浦 |
Pepper |
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三星 |
Miro |
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LG |
Robear |
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应用场景的深度和宽度决定了产业化的快慢。
深度的定义：在某特定应用场景下，针对单一属性的需求挖掘更深的需求要素。例如扫地机器人，除了扫地外，还可以有自动回充、自动巡航等功能。
宽度定义：对某特定的应用场景，可以有多个维度的拆分，例如陪护。
产业化规律：应用场景宽度越窄，深度越深，越容易产业化。比较典型成功的例子就是扫地机器人。
图15：细分应用市场的产业化图谱
数据来源：资料整理
图16：服务机器人技术、场景分布图
资料来源：公开资料整理
3.1 清洁机器人
清洁机器人作为家用机器人中目前最成熟的商业应用，以惠民的价格切入到实用度高的家政服务应用场景，价格一般从几百元到上千元不等，作为家庭电子类消费产品进入千家万户。按照IFR预测，2014-2017年间，家务清洁机器人预计可销售2390万台，实现收入约65亿美元。
家用清洁机器人目前市场上比较知名的代表公司及产品有：
美国巨头iRobot的真空吸尘器Roomba，排水沟清洗器Looj，水池清洗器Mirra，地板清洗Scooba，国内龙头科沃斯的地面清洁机器人地宝、擦窗机器人窗宝、净化机器人沁宝，银星的KV8，利而浦电器的福玛特。
随着家用服务机器人技术不断成熟，实用性增强，量产后成本将进一步降低，其价格将与普通家用消费类电子产品相当，甚至更便宜。以iRobot生产的Roomba528吸尘机器人为例，它的售价已经降到了2599元人民币，以其使用寿命5年计算，每日仅需花费1.4元即可保证家庭的地板洁净，低于一线城市雇佣钟点工时薪20元的花费。
图17：家用清洁机器人主要产品
资料来源：公开资料整理
3.2 智能医疗服务机器人
手术机器人和康复机器人是智能医疗机器人中发展最突出的两类机器人。手术机器人门槛高，康复机器人机会大。
智能医疗服务机器人包括智能手术机器人、智能康复机器人、智能微创放射性手术系统、智能急救机器人、智能非医疗医院机器人等。其中，智能手术机器人和智能康复机器人是发展最突出的两类。智能手术机器人主要针对神经外科、骨科、腹腔镜和血管介入手术，最著名的代表是达芬奇手术机器人，其获得美国FDA认证，目前市值超200亿美元，全球装机量3600余台，产品毛利率高达70%。智能康复机器人主要针对肢体训练和生活辅助，最著名的是以色列Rewalk。
表16：智能手术机器人分类及典型企业
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分类 |
神经外科机器人 |
骨科机器人 |
腹腔镜机器人 |
血管介入机器人 |
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作用 |
脑部病灶精准定位 辅助医生加持和固定器械 |
髋关节置换手术规划 辅助手术定位 |
针对心脏、泌尿、胸外科、肝胆胰、肠胃、妇科等手术 辅助医生实施微创腹腔镜手术 |
在数字血管噪音系统下辅助操控导管在人体血管内运动 溶解血栓、扩张血管 |
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典型企业及产品 |
Neuro Matel机器人 Meditech 公司Pathfinder 机器人 Meditech公司Rosa机器人 |
Mazor 公司 Renaissance机器人 Curexo 公司Robodoc 机器人 Mako Surgical 公司 RIO机器人 天智航公司 Tirobot 骨科机器人 |
INTUITIVE 公司达芬奇机器人 TransEnterix 公司ALF-X 机器人 FreeHand 公司 Freehand 机器人 |
Sensei 机器人 Stereotaxis 公司 EPOCH 机器人 |
表17：智能康复机器人分类及典型企业
| 分类 |
上肢康复 |
下肢康复 |
功能代偿 |
功能辅助 |
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作用 |
上肢康复 |
末端牵引、多关节牵引、辅助起立、多体位康复 |
辅助护理、饮食等 |
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典型企业及产品 |
MOTORIKA 公司上肢康复训练机器人 Technobody 公司Multi-Joint System |
LokoHelp 公司下肢康复训练机器人 Rewalk 公司下肢外骨骼机器人 |
Mako 公司智能关节机器人 Veda与Tmsuk公司RODEM智能轮椅 |
STRYKER iNTOUCH 智能护理床 SECOM 公司 Myspoon 饮食护理机器人 |
智能医疗服务机器人将保持快速增长。全息智慧产业研究院预计2015-2020年，全球智能医疗机器人将以年均20.5%的增速保持增长，市场规模预计将在2020年达到127亿美元。
手术机器人产业较为集中，康复机器人产业活跃度高但集中度低。康复机器人是医疗服务机器人的重要增长点，产业活跃度高，以色列REWALK公司是全球获得美国FDA认证的下肢外骨骼机器人，2015年营收达到374.6万美元，是智能康复机器人的领军企业。国内上市公司科远股份、金明精机、迪马股份等上市公司积极布局。
3.3 教育服务机器人
教育服务机器人的应用场景主要在学校和家庭，对象主要是幼儿和K12群体。主要涉及“教育行业中的服务机器人”和“青少年机器人教育”两个方面，包含早教、竞赛、培训三大场景。根据《2016全球教育机器人发展白皮书》预测，未来5年全球教育机器人的市场规模将达111亿美元。早教场景有待市场检验，竞赛场景较为稳定，以积木机器人为核心产品的培训场景可以期待，国内公司中凭借低成本的舵机和积极的市场战略，优必选可能成为未来的黑马。
1、教学用机器人典型案例——NAO机器人
目前已经有超过5000个NAO已经被全球50个国家的550间顶尖高校和实验室购买作为研究工具。高校不仅将NAO运用在机器人研究、人工智能、工程学、数学、物理学和计算机科学领域，还运用在社会学和医疗保健领域。NAO参与的研究项目包括语音识别、视频处理、模式识别、自闭症治疗、多智能体系统、自动化、讯号处理、全身运动以及路径规划。NAO在教育领域的成功经验，值得其他机器人公司借鉴和思考。
图18：NAO机器人组成
2、机器人结合STEAM教育理念具有确定放量的方向
STEAM教育是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、人文(Arts)、数学(Mathematics)的缩写，旨在将各个领域的学科知识和生活中的日常应用结合起来，以深度的综合教育服务，培养创新型人才。目前，机器人、编程、3D打印等形式成为 STEAM 教育最主流的形式。
国内优必选的人形机器人ALPHA机器人系列的自由编程和Jimu机器人的模块化组装，都是STEAM教育理念下，机器人放量的代表。据测算机器人教育培训场景未来的市场规模约为300-600亿，机器人公司中乐高机器人是龙头，市场份额为10%，其他机器人公司约1%-2%;乐高机器人2000-5000，定位高端，而优必选机器人1000-2000，定位中端，其积木机器人可以与乐高机器人进行差异化竞争，优必选的品牌在国内具有一定优势，同时价格也可以做低，对于教培机构吸引学生降低成本是好事，未来培训场景中，优必选可能是一匹黑马。
图19：优必选Alpha 1S机器人及其JIMU机器人探索者系列
表18：教育培训场景下市场容量解析
机器人公司：乐高机器人市场份额10%，其余都在1-2%及以下
教育培训机构：全国近5年增长15倍，目前估算有1万家以上
教育机构使用的机器人：高端产品用乐高，低端产品自制
| 增量扩张 |
存量替代 |
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2016年市场规模约为200亿元 未来潜在市场规模： 韩国渗透率5000万/10万 中国14亿人，对应300万人 对应市场约为300-600亿元 |
乐高机器人2000-5000，定位高端 优必选机器人1000-2000，定位中端 由于优必选舵机技术和成本优势 同等质量，价格仅有国外的1/3 |
3.4 家庭陪护机器人
家庭陪护机器人中的明星产品是Buddy。Buddy是BlueFrog推出的产品，主要定位儿童和老年人市场，除了能够完成巡视房屋、控制智能家居、播放音乐视频等常规功能外，还可以以“家庭新成员”的身份，给儿童讲故事，提醒老年人用药等。
家庭社交机器人JIBO，JIBO是麻省理工学院媒体实验室团队研发的一款家庭社交机器人，主要定位中高端家庭市场，主打情感感知功能，能够对用户情感进行识别和交互，同时，B端地产、酒店等也是潜在用户。JIBO在2015年8月的融资中引进了来自中国、日本、韩国的投资者。
图20：Buddy和JIBO
情感机器人Pepper 也风靡全球。Pepper是由日本软银集团和法国Aldebaran Robotics 机器人公司共同研制的用于智能化的家用人形机器人，具有很强的感知、情感和交流能力，可以满足娱乐、交流对话、看护、日常陪伴等多种社交需求，并且作为智能互联终端，可以通过软件拓展应用。2016年6月中旬，两批2000台面向普通用户正式开售，很快就被哄抢一空。
Pepper机器人的智能化程度极高，它可以识别人类的表情、动作、语音，甚至判断情感，并作出相应的交流、反馈。此外，它可以不断的“自我学习”，它会不断收集对外界反应数据资料并上传云端，然后又通过接收来自云端数据增强人工智能，有很好地人机交互体验。Pepper的售价仅为1999美元，12000元人民币左右，对消费者吸引力大大提升。
Pepper重要特点是架构开放，对全球APP应用商和软件开发商开放的，其应用程序可以不断的更新和升级，功能也可以依靠软件无限的拓展功能无限拓展;另一方面，阿里战略注资Pepper，会借由其大数据、云服务平台方面的核心优势，使Pepper实现自主学习，在机器视觉、语音交互、家庭智能控制等人工智能方面实现升级。像Pepper机器人这样拥有自我学习的机器人不仅仅满足了老年人需要护理的日常要求，他甚至可以满足老人心理上需要陪伴的需求。
3.5 幼儿娱乐陪伴机器人
幼教陪护机器人与动漫IP 的结合，可以在短期快速提高知名度，吸引流量，大幅降低产品的推广难度，让机器人更容易被人接受，并快速成为“家庭的一员”。因此，IP 和内容服务是幼教陪护机器人受欢迎的关键，具有确定的量产方向。
市场上典型的代表是奥飞动漫推行“IP+智能”战略，奥飞动漫于2017年1月20日发布公告，以自有资金人民币5000万元投资北京光年无限科技有限公司(图灵机器人)，获得其5%股权。奥飞将人工智能和奥飞的IP内容和服务结合在一起，将奥飞的“儿童内容”核心优势与图灵机器人的人工智能优势相结合，推出新型儿童机器人，提升幼教机器人被儿童的接受意愿。图灵机器人方面，根据2016年7月28日的发布会，图灵已经生产了多款搭载Turing OS 1.0的机器人，其中多啦A梦机器人众筹超过1000万台，和奥飞动漫合作的乐迪机器人预计销量达到10 万台。
报告总结：
行业机会研判：
随着移动互联网、人工智能技术的进步，服务机器人行业的发展正在提速，市场空间巨大。类同于30年前的PC、13年前的手机、5年前的智能手机行业，行业爆发或在未来2-4年，会涌现出一批商业模式明确、“大家都能看懂”的机器人产品。
技术上讲求多学科融合、软硬件结合，产业链将涉及芯片、传感器、机械零件、驱动器、整机产品等，软件方面主要是人工智能、操作系统、外围服务等。其中人工智能水平正在以指数级速度成长，语音识别、语义识别、图像识别实现显著进步，投资可关注入口级技术龙头企业。
需求领域大致可分为C端和B端。C端目前以个人情感陪伴、残障辅助、家庭作业、教育类为主，需求培育还有待时间。B端更多实际需求，如酒店服务、医院服务、安防服务等，如借助销售模式创新，将很快看到需求爆发。
目前全球服务机器人产业格局还没有形成，国内企业有很多优势和机会。未来有望成功的机器人公司或是以下类型：1)独到需求+成熟商业模式型，能融合市场、渠道、销售和独到的需求爆发点;2)技术领先型，拥有硬件优势、软件思维及大数据能力的机器人公司。目前国内纯技术领先的企业并不多，第一种类型的企业可能机会更大。
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