产业观察 | 有求“臂”应，机械臂何时走进千家万户？

2019年世界机器人大会现场,这边爱国热情迸发的格力机器人乐队献上一首“我爱你中国”,那边眼疾但手确实不快的库卡机器人为口干舌燥的观众倒满饮料,角落里哈工大机器人对才艺展示环节嗤之以鼻,专心电焊,堪称搬砖模范。那么问题来了,为什么这些巧夺天工的机械臂都在“工业机器人”展区?机械臂在家庭有无用武之地?空间有多大?

图片来源:华夏幸福产业研究院

1、行业概况:也许会是一大片尚未开垦的蓝海

新中国第一批“解放”牌汽车下线是1956年7月13日,这时距离福特的第一条流水生产线投入使用,已经是40余年之久。当时人们并没有觉察到,新一轮的革命已经在悄悄酝酿。就在这一年,一家名为Unimation的公司成立,三年后,该公司生产出世界第一台工业机械臂Unimate。其后数十年,汽车工业及其他自动化制造领域将成为最大受益者。

图1 2014-2018年工业机器人系统集成商行业应用分布情况

资料来源:招商银行研究院

经过60余年发展,机械臂的应用目前已经扩展至3C、塑料化工、食品等众多行业。应用领域中工业生产应用占绝对主导,机械臂直接在家庭应用则几乎不在业界的话语体系中。而考虑到以下三方面,产新君认为家庭应用场景也许会有机械臂的广阔拓展空间:(1)现代人时间意识进一步加强带来厨房内重复性无趣工作替代的需求(当然还有很多在厨房醉心享受美食制作过程的人,以这种方式来拥抱生活值得敬重和学习);(2)家庭小型化、独居化带来的人机陪伴和互动交流、教育娱乐需求;(3)深度老龄化及电子产品依赖带来亚健康保健及康复需求。下面我们依次来分析。

2、应用场景:将走进客厅与卧室,短期却很难走进厨房

梳理机械臂在家庭可能应用的场景,按照空间分布,可以总结为厨房应用、客厅应用与卧室应用。如果你家是大开间,请忽略上述分类,用“开间应用”这个词代替。

 厨房应用市场规模相对较小,服务灵活度不足,短期难以商业化。厨房类应用主要就是“吃吃喝喝”。先说吃,做吃的机械臂包括专门参与备菜环节的机械臂,如改刀、搅拌等动作,专门制作某类食品如寿司、面条、煎饼等,以及可以制作多种食品的机械臂,如Moley Robotics的厨房机器人,号称能制作出2000多种不同的菜品,还可以定制菜品。关于喝的机器人主要包括饮品制作与服务机械臂,调酒机械臂等。2019年机器人大会格力智能咖啡厅就是一个六轴机械臂化身智能咖啡师,猎豹移动展台专门用于调制咖啡的“豹咖啡”是一款机械臂,现场为观众调咖啡很是惹眼。

图2  猎豹移动的端饮料机械臂

图片来源:华夏幸福产业研究院

厨房机械臂存在的根本逻辑在于其大规模标准化生产的能力,因此天然适合商用场景。有人可能会说,我就爱吃刀削面,天天都想吃刀削面,我也需要大规模生产刀削面的能力。那我只能说:天天吃刀削面,对身体也不好。即使在商业场景,目前也只有少数机械臂产品有一定落地规模,绝大多数仍然是概念阶段。而若想走进家庭,还需要面对家庭应用特殊的挑战。

图3 猎户星空厨房机器人切黄瓜

图片来源:猎户星空宣传视频

图4 Moley Tobotics厨房机器人

图片来源:Moley Tobotics

挑战一:目标客群狭窄,能够有足够的厨房空间、消费能力、新事物接受度高的家庭比例很低。参考Motoman SDA5厨房机器人及Moley Tobotics厨房机器人形态,类似体型的厨房机器人占地约在1-2平米。谁家厨房有这么大空地?挑战二:家庭做饭的工作量与餐厅不是一个量级,从工作量角度对机器替代的需求要弱很多。同时机械臂标准化、程式化的操作与家庭对饮食的随意性、灵活性的需求以及某些厨艺环节不可结构化的特点存在天然矛盾。挑战三:你需要先为它服务,它才能为你服务。在做饭机械臂为人服务之前,人还是需要做一些准备工作,而做这些准备工作的时间,或许已经足够自己做一顿饭了。

客厅应用以“陪你玩”为主,同类细分市场已经验证。当前非机械臂类机器人在客厅的应用,可以总结为三类,一是“帮你干”,二是“替你管”,三是“陪你玩”。“帮你干”主要包括扫地机器人、擦窗机器人等,“替你管”主要指的是管家机器人,有些管家机器人同时覆盖了“陪你玩”的功能,“陪你玩”主要指的是部分管家机器人及娱乐为主的人形机器人。这个领域的典型企业包括科沃斯、iRobot、优必选、浦桑尼克、福玛特等。这些场景哪些还有机械臂分蛋糕的空间?

“帮你干”的场景,又分为两类,一类是它来干,你来看。当然你看不看,它都会干。这里面除了洗碗、端茶倒水,都对整体移动性有一定要求,这些机械臂克服起来都有难度。而洗碗已经有洗碗机,端茶倒水这个工作时效要求高,等机械臂把饮品弄好,客人已经走了。所以完全它来帮你干,机械臂爱莫能助。还有一类,它是你的一部分,比如仿生手臂,为上肢缺失的患者使用。严格上这类需求不局限于客厅,随用户移动。这类需求真实存在且体量巨大。

“替你管”,显然靠的是脑子,不是四肢,所以机械臂也没什么优势,反而显得四肢发达,头脑简单。机械臂在客厅的应用,主要集中在“陪你玩”。可能的场景包括下棋、写字绘画、搭积木、辅助拍照等。从产品角度,陪你玩类的产品体积与价格均相对适中。优必选5年销售额增长近1000倍。《天猫亲子消费报告2019》显示智能娱乐陪伴智能机器人销量增速接近400%,已经验证了这一细分市场的巨大消费能力。

图5 LUKE 仿生假肢协助拆包裹

图片来源:LUKE宣传材料

图6 儿童娱乐教育

图片来源:NACHI双臂协作机器人

卧室应用市场规模巨大,想象空间十分丰富。卧室应用主要集中在与人健康相关的领域,具体可以分为两大类,即康复与保健。

这里的康复不仅包括术后,也包括残疾辅助、日常照料,主要面向手臂或全身存在移动困难的群体,如脑卒中患者、上肢截肢患者等,以老年人为主要人群。根据卫健委数据,我国60岁及以上老年人约2.5亿。2023年,中国将正式进入深度老龄社会。

保健方面,主要应用是中医式按摩。需求群体不仅包括出行不便的老年人,也包括年轻的办公室一族。全国颈椎病、腰椎病患者数量超3亿,加上各种身体部位亚健康、劳损等有按摩需求共约4亿。360《手机依赖度调查报告》显示单日手机使用时长方面。有12.4%的人每天使用手机时间超过6小时,属于重度依赖手机人士。而降低标准的中度使用者(每天使用2-5小时),占比达到57.1%。对智能的依赖逐渐加剧,使得颈椎、腰椎等老年病年轻化的趋势无法逆转。按照户均两人存在按摩需求,户均相关消费300元计算,仅按摩场景一项市场规模即可达到千亿。加上巨大的康复需求,卧室应用总规模为数千亿。(划重点:长时间使用手机不利于身体健康。)

图7 MASSAGE Robotics 按摩机械臂

图片来源:MASSAGE Robotics宣传材料

机械臂在卧室应用的很多场景或许目前并没有在人们的想象范围内,随着技术与市场的发展,各类需求也将逐渐被挖掘。生活大爆炸中,Howard从实验室偷来了一个机械臂,这个家伙可以帮助他搬东西、按摩。甚至做了不可描述之事,不幸的是,出现了机械故障,竟然被夹住了。看着下面的图片,是不是感觉有点疼?

图8 Howard与它的机械臂

图片来源:生活大爆炸

从三大应用场景看,在深度老龄化背景下,卧室相关应用前景最为广阔,市场规模最为可观,其次为客厅相关应用,细分领域潜力已经验证。而厨房相关应用市场规模较小,且落地路径是先进餐厅再进家庭,短期商业化难度较大。

3、技术实现:家庭应用存在特殊需求

工业用机械臂的核心技术在控制器、伺服电机与减速器。而家庭应用对其各方面性能有其特殊的要求。

控制器方面,主要难点在(1)算法响应速度,尤其当机械臂感知异常时进行调整或者终止操作的速度,严重影响用户的体验,甚至可能影响到用户的安全。(2)位置、力度、协调等控制,尤其对仿人手机械臂的手指控制与协调来说,难度倍增。

伺服电机方面,主要难点在于(1)重量控制。很多家庭应用场景要求具有一定移动性,而电机与减速器作为重要的重量贡献部件,在性能与整体稳定性之间平衡是无法回避的问题。(2)微型电机设计。在多个家庭场景中可能需要柔性关节,也就对电机的尺寸有了要求,比如驱动仿人手机械臂手指的微型电机。

减速器方面,除了某些场景对重量有特殊要求,没有其他特殊的要求。

其他可能涉及的特殊的技术包括脑机接口技术,如脑电波控制机械手,及各类轻量化技术及材料。家庭环境的另外一个重要挑战在于,对于非移动的机械臂,它的底座如何能有机的与家庭现有环境中的物体结合起来,既能够实现自身稳定性,又可以最大程度降低对家庭环境的破坏或损毁,这可能需要根据具体场景进行适应性改造。

4、展望:20年后,每家都会有一个机械臂

从需求与技术两个维度,我们畅想了机械臂在家庭应用的前景,潜在市场规模可观,技术瓶颈也并硬伤。目前国内该领域的发展还处于十分早期的阶段,以机械臂家庭应用场景作为重要发展方向的公司已有一些。产新君印象比较深的是深圳越疆,研发了一款家庭产品——DOBOT睿记,一个手持摄像云台,严格讲并不算机械臂。未来这一市场能否加速释放,取决于以下“五化”能否实现:小型化、轻量化、简单化、智能化、与价格亲民化。

(1)小型化。简单说,买的起机械臂的,房子一定在大城市,大城市的房子,空间寸土寸金,人还是不够住,还能轮到机器人?

(2)轻量化。只有轻量化,才可能实现便捷可移动,无论是在购买、安装、搬家移动等各类场合下,才不会成为累赘。但轻量与稳定存在天然矛盾,这方面的挑战仍需要研究。

(3)简易化。主要指在人机交互过程中,避免流程过度设计,把简单问题复杂化,反而增加了用户的时间精力投入。

(4)更加智能化。当前产品智能水平仍弱人工智能,只有在人机交互时,响应与调整的时间能够让人尽量不察觉它是个机器人,且未来能够在使用过程加入更多的情感交互,才是真正的智能。

(5)价格亲民化。再好的技术,太贵也卖不出去。所以无论是控制器、减速器还是电机,面向家庭的产品需要更多考虑性价比,而不只是性能。

20年之后,也许完全能够替代家政服务人员的仿人机器人已经成熟,每个家里可以拥有一个ta,做饭洗衣、端茶倒水、按摩聊天等等无所不能。如果仿人机器人成熟不到那个程度,能干部分家务/服务的机械臂家家都有可能性应该会更大一些,有求“臂”应,您支持吗?

参考资料:

1、招商银行,《智能制造之工业机器人二:接近谷底,客户选择考虑模式和子领域》

2、天猫,《中国式养娃:2019天猫亲子消费报告》

3、Robotics,《自适应机器人:定义工业机械臂的未来》

4、华夏幸福产业研究院,《扫地机器人:未来的KING OF AI?》