AI 和 5G 與機(jī)器人技術(shù)結(jié)合，正在不斷催生新的消費(fèi)電子品類。AI 解決機(jī)器理解世界，以及人機(jī)交互的問題。5G 拓展機(jī)器人的活動(dòng)邊界，并為機(jī)器人提供更大的算力和存儲(chǔ)空間（云協(xié)作機(jī)器人） 。

根據(jù) IFR 的分類方法，機(jī)器人大致可分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人兩類。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車整車和零部件、電子制造、金屬和機(jī)械、食品加工等方面，其主要特點(diǎn)是按照預(yù)定的程序，沿規(guī)定路徑完成規(guī)定動(dòng)作。

AI/5G 如何賦能機(jī)器人

AI 人工智能的應(yīng)用，催生了服務(wù)機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人涵蓋的范圍非常廣泛，包括醫(yī)療、物流、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、民用等方面。通過 AI 技術(shù)的使用，可通過數(shù)據(jù)采集、分析、計(jì)算，服務(wù)機(jī)器人能夠?qū)W習(xí)人類的行為，理解人類的意圖，與人類產(chǎn)生協(xié)作。

服務(wù)機(jī)器人主要類別及代表性產(chǎn)品

根據(jù) IFR 的測(cè)算，2017 年全球機(jī)器人市場(chǎng)達(dá) 232 億美元，其中，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)達(dá) 147億美元，每萬人的保有量達(dá) 85 臺(tái)。其余為服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 85 億美元。

到 2030 年，預(yù)計(jì)機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 1，028 億美元，約為智能手機(jī)市場(chǎng)的 20%。服務(wù)機(jī)器人將達(dá) 561 億美元，維持 16% 的年復(fù)合增長率，并快于工業(yè)機(jī)器人的年復(fù)合增速。

機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模拆分

AI/5G 如何賦能機(jī)器人？

1、機(jī)器視覺硬件可采集周圍環(huán)境信息

目前常用的視覺傳感器主要有：攝像頭、ToF 鏡頭和激光雷達(dá)技術(shù)。

機(jī)器視覺相機(jī) 。機(jī)器視覺相機(jī)的目的是將通過鏡頭投影到傳感器的圖像傳送到能夠儲(chǔ)存、分析和（或者）顯示的機(jī)器設(shè)備上?？梢杂靡粋€(gè)簡單的終端顯示圖像，例如利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示、存儲(chǔ)以及分析圖像。

激光雷達(dá)技術(shù) 。激光雷達(dá)是一種采用非接觸激光測(cè)距技術(shù)的掃描式傳感器，其工作原理與一般的雷達(dá)系統(tǒng)類似，通過發(fā)射激光光束來探測(cè)目標(biāo)，并通過搜集反射回來的光束來形成點(diǎn)云和獲取數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)光電處理后可生成為精確的三維立體圖像。采用這項(xiàng)技術(shù)，可以準(zhǔn)確的獲取高精度的物理空間環(huán)境信息，測(cè)距精度可達(dá)厘米級(jí)。

ToF 攝像頭技術(shù) 。TOF 是飛行時(shí)間（Time of Flight）技術(shù)的縮寫，即傳感器發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光，遇物體后反射，傳感器通過計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)間差或相位差，來換算被拍攝景物的距離，以產(chǎn)生深度信息，此外再結(jié)合傳統(tǒng)的相機(jī)拍攝，就能將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現(xiàn)出來。

2、 AI 視覺技術(shù)算法幫助機(jī)器人識(shí)別周圍環(huán)境

視覺技術(shù)包括：人臉技術(shù)、物體檢測(cè)、視覺問答、圖像描述、視覺嵌入式技術(shù)等。

人臉技術(shù)：人臉檢測(cè)能快速檢測(cè)人臉并返回人臉框位置，準(zhǔn)確識(shí)別多種人臉屬性；人臉比對(duì)通過提取人臉的特征，計(jì)算兩張人臉的相似度并給出相似度百分比；人臉查找是在一個(gè)指定人臉庫中查找相似的人臉；給定一張照片，與指定人臉庫中的 N 個(gè)人臉進(jìn)行比對(duì)，找出最相似的一張臉或多張人臉。根據(jù)待識(shí)別人臉與現(xiàn)有人臉庫中的人臉匹配程度，返回用戶信息和匹配度，即 1:N 人臉檢索。

物體檢測(cè)：基于深度學(xué)習(xí)及大規(guī)模圖像訓(xùn)練的物體檢測(cè)技術(shù)，可準(zhǔn)確識(shí)別圖片中的物體類別、位置、置信度等綜合信息。

視覺問答：視覺問答（VQA）系統(tǒng)可將圖片和問題作為輸入，產(chǎn)生一條人類語言作為輸出。

圖像描述：需要能夠抓住圖像的語義信息，并生成人類可讀的句子。

視覺嵌入式技術(shù)：包括人體檢測(cè)跟蹤、場(chǎng)景識(shí)別等。

3、 SLAM 技術(shù)賦予機(jī)器人更好的規(guī)劃移動(dòng)的能力

SLAM，全稱叫做 Simultaneous Localization and Mapping，中文叫做同時(shí)定位與建圖。在SLAM 理論中，第一個(gè)問題稱為定位（Localization），第二個(gè)稱為建圖（Mapping），第三個(gè)則是隨后的路徑規(guī)劃。通過機(jī)器視覺的映射，機(jī)器人可以通過復(fù)雜的算法同時(shí)定位并繪制出位置環(huán)境的地圖，通過 SLAM 技術(shù)可以有效解決規(guī)劃不合理，路徑規(guī)劃無法覆蓋所有地區(qū)，導(dǎo)致清潔效果一般的問題。

SLAM 技術(shù)

當(dāng)完全不含 SLAM 的時(shí)候，由于沒有地圖沒有路徑規(guī)劃，掃地機(jī)器人每次碰到障礙物會(huì)沿著隨機(jī)方向折返，無法覆蓋到每一個(gè)區(qū)域。當(dāng)有 SLAM 的時(shí)候，可覆蓋至任意區(qū)域。此外，掃地機(jī)器人還配備攝像頭，用來識(shí)別鞋、襪子、動(dòng)物糞便等物品，達(dá)到智能規(guī)避。

4、基于 ToF 機(jī)器視覺的超寬帶定位技術(shù)

機(jī)器人中，基于 ToF 技術(shù)，主要可用來進(jìn)行高精度測(cè)距與定位，目前常用的就是超寬帶定位技術(shù)。

UWB（超寬帶）是一種無線通信技術(shù)，可用于高精度測(cè)距與定位。UWB 傳感器精簡設(shè)備分為標(biāo)簽和基站兩種。其基本工作方式是采用 TOF（Time of flight）的方式來進(jìn)行無線測(cè)距，根據(jù)測(cè)距值快速準(zhǔn)確計(jì)算出位置。

5、 AI 自然語言處理是人機(jī)交互的重要技術(shù)

人類獲取信息的手段中 90%依靠視覺，但表達(dá)自己的方式 90%依靠語言。語言是人機(jī)交互中最自然的方式。但是自然語言處理 NLP 的難度很大，在語法、語義、文化中均存在差異，還有方言等非標(biāo)準(zhǔn)的語言產(chǎn)生。隨著 NLP 的成熟，人類與機(jī)器的語音交互越來越便捷，也將推動(dòng)機(jī)器人向更“智能化”發(fā)展。

機(jī)器人的陣列式麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器技術(shù)已經(jīng)比較成熟，隨著近年智能音箱+語音助手的快速發(fā)展，麥克風(fēng)陣列和微型揚(yáng)聲器被廣泛使用。在鋼鐵俠陪伴機(jī)器人中，與用戶的語音交互都依靠麥克風(fēng)陣列和揚(yáng)聲器，此類陪伴機(jī)器人就如同會(huì)動(dòng)的“智能音箱”，拓展了邊界形態(tài)。

目前對(duì)話機(jī)器人可分為通用對(duì)話機(jī)器人和專業(yè)領(lǐng)域?qū)υ挋C(jī)器人。自然語言處理的技術(shù)發(fā)展，將提升機(jī)器人與人類的交互體驗(yàn)，讓機(jī)器人顯得更為“智能”。

6、 AI 深度學(xué)習(xí)算法幫助機(jī)器人向產(chǎn)生自我意識(shí)中進(jìn)化

硬件：AI 芯片技術(shù)的發(fā)展，使機(jī)器人擁有更高算力。由于摩爾定律的發(fā)展，單位面積芯片容納的晶體管個(gè)數(shù)不斷增長，推動(dòng)芯片小型化和 AI算力的提升。此外，異構(gòu)芯片如 RISC-V 架構(gòu)芯片的產(chǎn)生，也為 AI 芯片的算力提升提供了硬件支持。

算法：AI 深度學(xué)習(xí)算法是機(jī)器人的未來 。AI 深度學(xué)習(xí)算法給予機(jī)器人通過輸入變量學(xué)習(xí)的能力。未來的機(jī)器人能否擁有自主意識(shí)，需要 AI 技術(shù)的不斷發(fā)展。深度學(xué)習(xí)算法給機(jī)器人獲得自我意識(shí)提出了一種可能性。通過對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練，一些算法已經(jīng)可以在單點(diǎn)的領(lǐng)域超越人類，Alpha Go 的成功，讓我們看到人類在 AI 技術(shù)中，已可實(shí)現(xiàn)單類別的自我學(xué)習(xí)能力，并在一些領(lǐng)域，如“圍棋、***、知識(shí)競(jìng)賽”等單個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)可以媲美甚至打敗人類。

AI 深度學(xué)習(xí)算法，使機(jī)器人擁有了智能決策的能力，擺脫了之前單一輸入對(duì)應(yīng)單一輸出的編程邏輯，也讓機(jī)器人更加“智能”。但是，機(jī)器人在“多模態(tài)”領(lǐng)域，仍無法與人類媲美。特別是如嗅覺、味覺、觸覺、心理學(xué)等無法量化的信號(hào)，仍未能找到合理的量化方式。

7、 AI+5G 拓展機(jī)器人的活動(dòng)邊界，提供更大算力和更多存儲(chǔ)空間，形成知識(shí)共享

4G 時(shí)代，移動(dòng)機(jī)器人的四大痛點(diǎn) ：

1）工作范圍受限：只能在固定的范圍內(nèi)執(zhí)行任務(wù)，構(gòu)建的地圖不便于共享，難以在大尺度環(huán)境下工作。

2） 業(yè)務(wù)覆蓋受限：運(yùn)算有限，識(shí)別性能仍需提升；能力有限，僅能發(fā)現(xiàn)問題，難以快速批量部署。

3） 提供服務(wù)受限：復(fù)雜業(yè)務(wù)能力差，交互能力有待提高，特種業(yè)務(wù)部署效率低。

4） 運(yùn)維成本高：部署效率低，每個(gè)場(chǎng)景都需構(gòu)建地圖，規(guī)劃路徑;，配備巡檢任務(wù)等。

這四大痛點(diǎn)，制約了移動(dòng)機(jī)器人在 4G 時(shí)代的滲透。總體來說，就是機(jī)器人仍需要更多的存儲(chǔ)空間和更強(qiáng)的運(yùn)算能力。5G 的低延時(shí)、高速率、廣連接將能夠解決目前的這些痛點(diǎn)。

5G 對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的賦能：

1）拓展機(jī)器人的工作范圍 。5G 對(duì)于機(jī)器人的最大賦能就是拓展了機(jī)器人的物理邊界，5G 對(duì)于 TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）的支持，使機(jī)器人的活動(dòng)邊界從家庭走向社會(huì)的方方面面。我們大可以想象未來人類與機(jī)器人共同生活的場(chǎng)景。在物流、零售、巡檢、安保、消防、指揮交通、醫(yī)療等方面，5G 和 AI 都能夠賦能機(jī)器人，幫助人類實(shí)現(xiàn)智慧城市。

2） 為機(jī)器人提供更大算力和更多存儲(chǔ)空間，形成知識(shí)共享。5G 對(duì)云機(jī)器人的推動(dòng)，為機(jī)器人提供更大算力和更多存儲(chǔ)空間：彈性分配計(jì)算資源：滿足復(fù)雜環(huán)境中的同步定位和制圖。訪問大量數(shù)據(jù)庫：識(shí)別和抓取物體；基于外包地圖的長期定位。形成知識(shí)共享 ：多機(jī)器人間形成知識(shí)共享。

主要服務(wù)機(jī)器人簡介

1、 掃地機(jī)器人：AI 技術(shù)解決目前痛點(diǎn)，助力行業(yè)蓬勃發(fā)展

預(yù)計(jì)到 2021 年，全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到接近 500 億人民幣，中國市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 151 億元人民幣。

掃地機(jī)器人全球及中國市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算

2021 年掃地機(jī)器人及 2018 年其他品類全球市場(chǎng)規(guī)模測(cè)算

2、物流機(jī)器人：AI 和 5G 正催生 AGV 和無人配送機(jī)器人的發(fā)展

根據(jù) BIS Research 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016 年全球 AGV 銷量同比增長 38.8%至 2.6 萬臺(tái)，主要由于電商倉儲(chǔ) AGV 的使用和推廣；中國 AGV 銷量同比大幅增長 88.5%至 9，950 臺(tái)；RIC 預(yù)計(jì)2017-2021 年中國 AGV 銷量有望保持年均 43.0%的速度增長，2021 年將達(dá)到 6.1 萬臺(tái)。汽車行業(yè)、家電制造等生產(chǎn)物流端仍是中國 AGV 主要需求市場(chǎng)，2016 年占比約 55%，需求穩(wěn)定，但對(duì)產(chǎn)品智能自動(dòng)化等要求越來越高；電商等倉儲(chǔ)物流端 AGV 需求增速較快，2016年需求占比約 29%，至 2021 年有望提升至 32%。

AGV 全球市場(chǎng)預(yù)測(cè)

AGV 中國市場(chǎng)預(yù)測(cè)

自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV）：無人倉儲(chǔ)的解決方案 。自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）的行進(jìn)過程中，通過機(jī)器視覺來判斷行進(jìn)路線、擺放位置、周圍環(huán)境等重要信息，是實(shí)現(xiàn)無人倉儲(chǔ)的主流方案。AGV特點(diǎn)：AGV通常裝備有電磁引導(dǎo)式、激光引導(dǎo)式或機(jī)器視覺引導(dǎo)式等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，它能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，是具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車。AGV 以輪式移動(dòng)為特征，較其它非輪式的移動(dòng)機(jī)器人具有行動(dòng)快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì)。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比，AGV 的活動(dòng)區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場(chǎng)地、道路和空間的限制。因此，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、靈活的無人化倉儲(chǔ)。

倉儲(chǔ)管理系統(tǒng) 。在倉儲(chǔ)管理中，AI 算法應(yīng)用到倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)相對(duì)較為成熟。以基于 RFID 技術(shù)的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)為例，通過將 RFID 識(shí)別技術(shù)和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理查詢相結(jié)合，可以節(jié)省人力物力，相比于傳統(tǒng)（人工）倉庫管理系統(tǒng)，具有以下優(yōu)勢(shì)：1）全自動(dòng)化識(shí)別出入庫物品，無需人員干涉，并且可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)物品；2）快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)、精確掌握庫存情況；3）縮減盤點(diǎn)周期，提高數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)庫存物品的可視化管理；4）降低人力以及管理成本。

3、平衡車機(jī)器人：在休閑運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)的崛起

探索期：定位變革性的交通工具 。2001 年，狄恩·卡門（Dean Kamen）推出雙輪平衡車（中間帶桿子），并創(chuàng)建了 Segway公司。2010 年，富豪吉米·何塞爾買下 Segway。

剛開始 Segway 期望改變世界的出行方式，主要銷售對(duì)象是商用客戶。由于產(chǎn)品價(jià)格高，適用場(chǎng)景少，Segway 的收入規(guī)模一直很小。2015 年 Segway 被 Ninebot 收購，根據(jù)新聞報(bào)道，其年收入 4000 萬美金左右，年銷量 1 萬臺(tái)左右。平衡車又被稱為體感車、思維車、攝位車等。市場(chǎng)上主要的品類包括雙輪平衡車（帶操縱桿）、雙輪平衡車（無操縱桿）、獨(dú)輪平衡車、平衡輪（類似電動(dòng)旱冰鞋）。2010 年，美國華人 Shane Chen（陳星）發(fā)明獨(dú)輪平衡車 SoloWheel。2012 年，陳星又發(fā)明了兩輪平衡車 Hovertrax（無操縱桿）。

發(fā)展期：中國企業(yè)從山寨開始，之后并購美國企業(yè) 。2009 年開始，中國市場(chǎng)迅速山寨，并返銷美國市場(chǎng)（公司境內(nèi)經(jīng)營實(shí)體鼎力聯(lián)合成立于2012 年）。2014 年 Segway 在美國起訴樂行、Ninebot （納恩博）在內(nèi)的 5 家平衡車公司侵犯 Segway 專利。2015 年 4 月，Ninebot（納恩博）全資收購 Segway，獲得 Segway 三大產(chǎn)品系列近十款產(chǎn)品，400 多項(xiàng)專利，樂行天下在 2017 年收購 Solowheel，獲得相關(guān)專利。

成長期：休閑運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)的崛起 。雖然平衡車的初衷是改變世界出行方式，但真正讓平衡車崛起的是休閑運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)。Ninebot 收購 Segway，并獲得小米的支持后，推出了適合消費(fèi)品市場(chǎng)的低價(jià)產(chǎn)品（2015年 10 月推出 9 號(hào)平衡車，定價(jià) 1999 元）。平衡車被消費(fèi)者作為兒童、年輕人休閑運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品，銷量開始大幅增長。Ninebot 開始重視休閑運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)，引入了電動(dòng)滑板、卡丁車套件、兒童自行車產(chǎn)品。2018 年電動(dòng)滑板車、平衡車營收占比 66%、29%，分別同比變動(dòng)+42ppt、-45ppt。

平衡車路權(quán)：在美國部分州允許平衡車在人行道上使用。在中國，平衡車被限制在封閉小區(qū)道路和室內(nèi)場(chǎng)館等地方使用。平衡車的控制需要較高的技巧，會(huì)有一些不同于普通交通工具的風(fēng)險(xiǎn)，例如原 Segway 的控制人吉米·何塞在一次使用平衡車遛狗時(shí)不幸墜崖身亡。

4、 陪伴機(jī)器人：AI 自然語言處理解決人機(jī)交互，5G 催生云服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展

陪伴機(jī)器人存在兩種發(fā)展路徑，一類如索尼、夏普等公司應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)制作帶關(guān)節(jié)仿生機(jī)器人，主要以陪伴老人、兒童教育、娛樂休閑為主。另一類如三星、亞馬遜等公司推出顯示屏機(jī)器人，主要希望做機(jī)器人 OS 平臺(tái)，對(duì)外輸出軟件及 AI 服務(wù) 。

在陪伴機(jī)器人方面，我們看到兩種機(jī)器人，一種是小型的機(jī)器人。如 Sony 的 Aibo 機(jī)器狗，Sharp 的機(jī)器貓，高橋隆治的 Robi 等。這些機(jī)器人主要作用包括與用戶的交互、陪伴、教育、與他人的通訊等，目前大部分已商業(yè)化。

Sony 的 Aibo 機(jī)器狗

另一種是大型的直立機(jī)器人，最為有名的就是本田的 Asimo，波士頓動(dòng)力等優(yōu)秀企業(yè)的機(jī)器人。這類大型機(jī)器人一般配備雙足，可實(shí)現(xiàn)上下樓梯、抓取物品，與人類交互等功能。

本田Asimo

5、 醫(yī)療機(jī)器人：AI 和 5G 在醫(yī)療診斷、外科手術(shù)和肢體康復(fù)中需求強(qiáng)烈

膠囊機(jī)器人。膠囊機(jī)器人+自動(dòng)診斷系統(tǒng)：可能過采集到的圖像自動(dòng)判斷病人可能出現(xiàn)的問題，為醫(yī)生診斷提供參考意見。搭配云端的自動(dòng)診斷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)異地診斷，多地診斷。

膠囊機(jī)器人

外科手術(shù)機(jī)器人 。目前廣泛采用的手術(shù)機(jī)器人包括持物臂式機(jī)器人、導(dǎo)航機(jī)器人和主從式機(jī)器人。

手術(shù)持物臂式機(jī)器人

導(dǎo)航機(jī)器人：為外科醫(yī)生規(guī)劃手術(shù)路徑、在手術(shù)中進(jìn)行提示 。手術(shù)導(dǎo)航目前分為光學(xué)導(dǎo)航和電磁導(dǎo)航兩種。光學(xué)導(dǎo)航精度高、不受其他設(shè)備的電磁干擾，但容易被遮擋光路。電磁導(dǎo)航操作靈活、體位要求低但會(huì)受到電磁干擾。

光學(xué)導(dǎo)航主要應(yīng)用在神經(jīng)外科、脊柱外科、關(guān)節(jié)外科、頜面外科中。電磁導(dǎo)航主要應(yīng)用在顱內(nèi)活檢、置管、支氣管鏡檢查方面。

主從機(jī)器人：為外科醫(yī)生遠(yuǎn)程手術(shù)、離臺(tái)手術(shù)提供技術(shù)支持 。

達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，就是一種主從式機(jī)器人系統(tǒng)，可幫助醫(yī)生在未來實(shí)現(xiàn)離臺(tái)手術(shù)，甚至遠(yuǎn)程手術(shù)，讓醫(yī)生可以坐著手術(shù)，減少因?yàn)槠凇⑹裨斐傻尼t(yī)療事故。

肢體運(yùn)動(dòng)康復(fù)機(jī)器人 。目前的康復(fù)機(jī)器人主要是上肢的康復(fù)機(jī)器人，以及下肢的外骨骼機(jī)器人。

6、商業(yè)零售機(jī)器人：室內(nèi)無人配送機(jī)器人的規(guī)?；捌占?/strong>