艾瑞咨询:2022年中国智能机器人行业研究报告-53正式版.pdf
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1、中国智能机器人行业研究报告2022.11 iResearch Inc.22022.11 iResearch I摘要来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。行业背景行业规模场景应用趋势展望技术侧驱动机器人的智能化进程:提升自研硬件性能,软件赋能硬件,以多源感知为基础,依托海量数据改进以算法为核心的智能技术,通过“端-边-云”协同架构,缓解终端数据处理压力。产品侧丰富机器人的多样化应用:产品演进与市场的需求升级同步转变,一方面将从广度上拓展应用可能,推出新型品类;另一方面将破除壁垒,实现机器人全场景作业。产业侧助推机器人的生态化融合:汇聚产业各方主体的资源力量,是智能机器人产业跨步向前的重要趋势。202
2、1年12月,中国政府联合15家机关部门发布了“十四五”机器人产业发展规划,明确了机器人产业规划的重大意义并提出了机器人产业规划的目标,将中国机器人产业再一次推向新的高度。随着语音识别、机器视觉、机器学习、自动导航与定位等多种智能技术的不断发展与落地,智能机器人在多领域成为市场的“宠儿”,发展势头迅猛。技术与需求的碰撞、打磨,促进机器人产品向多样领域渗透。本报告择选了工业、商业服务、医疗、农业四大领域,从驱动因素、产品品类、智能功能、优势技术、演进趋势与落地难点等多维度展开分析。从不同角度展现机器人的智能化应用及细分场景下现阶段亟待攻克的难点与发展走向,供行业相关主体参考。智能技术的加持,促进传
3、统机器人行业进入快速转型期。尽管受限于疫情等外生因素,在整体经济形势相对低迷的背景下,机器人行业仍然表现出较为强势的增长力,2021年市场规模突破250亿。疫情的反复爆发催生了多领域对无人化、自动化、智能化生产力及劳动力的旺盛需求,整个机器人产业呈现健康走势。艾瑞预测,2025年中国智能机器人市场规模接近千亿。3中国智能机器人行业发展概述1中国智能机器人产业发展洞察2智能机器人典型应用领域分析3智能机器人行业典型企业案例4智能机器人行业未来趋势展望542022.11 iResearch I感知、决策、执行、控制是智能机器人基本四要素国际标准化定义机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业
4、或移动等任务的机器。随着多模态感知系统、动力学模型、深度学习、定位导航等多种智能技术的渐进发展,叠加机器人下游需求场景日益多元化,智能技术加快与机器人的融合,如今机器人学已经发展成拓扑学、系统工程、人工智能等多领域交叉的综合型学科。艾瑞咨询认为智能机器人具备深度感知、智能决策、灵巧执行、精准控制等要素,可完成预期任务,同时可自主应对执行过程中的突发情况。依据应用场景的不同,智能机器人的使用主体分为个人消费级与企业级,本次报告的研究范畴为企业级智能机器人。来源:艾瑞咨询研究院自主研究绘制。智能机器人概念界定“智能机器人”概念界定与报告研究范畴如:l智能制造类l物流仓储类l酒店餐饮类l农林畜牧类l
5、医疗康复类企业级研究范畴如:l家用扫地机器人l教育机器人l陪伴机器人个人消费级使用主体深度感知灵巧执行智能决策精准控制智能机器人基本要素 接收内部和外部的传感信息 获取环境、对象及机器人本体的全景数据 通过信息处理过程,进行判断、逻辑分析、理解等智力活动 应用新型轻材料、合理结构设计与驱动系统,实现灵巧作业 融合实时定位、自主导航与避障技术,探索、规划合理路径轨迹52022.11 iResearch I机器人实现完全自主的判断、决策仍需不断探索机器人从诞生到向智能化迈进的发展进程大致可分为萌芽成长期、快速发展期与智能探索期三个阶段。多样传感器的应用使得机器人从单纯具备记忆、存储能力的示教再现型
6、向感知反馈型转变,智能成熟度的提升催生机器人从传统工业领域向更加贴合人类生活的服务领域渗透。目前,整个产业处于机器人3.0探索阶段,以期机器人从部分智能向完全自主的拐点出现。来源:艾瑞咨询研究院根据公开资料整理。智能机器人发展历程阶段特点产品类型里程碑事件l 机构理论与伺服理论的发展,推进机器制造向自动化方向的迈进l 由夹持器、手臂、驱动器、控制器等部分组成的“第一代机器人”步入实用阶段l 图像识别、自然语音处理、机器视觉、等人工智能技术不断赋能l 具备判断、思考能力的智能机器人为各界探索热点l 机器人不断融入人类日常生活,作业模式也在发生改变3.0 智能探索期(2010-至今)2.0 快速发
7、展期(1970-2010)1.0 萌芽成长期(1940-1960)示教再现机器人自主决策机器人感知反馈机器人1956年 达特茅斯会议上提出人工智能概念1958年 世界第一家机器人公司Unimation成立,1959年第一台工业机器人诞生1965年 麦卡锡联合MIT推出世界上第一个带有视觉传感器,能识别定位积木的机器人系统1968年 斯坦福研究所诞生第一台智能机器人Shakeyl 具有记忆、存储能力l 按照相应程序重复作业l 对周围环境基本没有感知与反馈控制能力l 多种传感器的配置与更加复杂的控制方式让机器人更为智能与精准l 服务机器人发展迅速,手术机器人、扫地机器人、仿生机器人等逐步渗透,机器
8、人步入商品化阶段l 国内、国际涌现出多家优质机器人企业l 可够获得作业环境、对象的部分有关信息l 一定的实时处理l 现阶段机器人只可实现部分智能l 理想化的智能机器人还处于研究阶段机器人智能化发展历程2015年 具有公民身份证的机器人索菲亚诞生2008年 世界第一例机器人切除脑瘤手术成功2002年 美国iRobot公司推出吸尘器机器人Roomba2002年 人形机器人“ASIMO”在日本本田公司问世1999年 索尼推出犬型机器人爱宝,娱乐机器人开始走进家庭1984年 美国推出医疗服务机器人Help Mate62022.11 iResearch I明确智能机器人产业顶层战略地位,突破核心部件与关
9、键技术难点,助力机器人向多样化应用领域延伸来源:艾瑞咨询研究院根据公开资料整理。行业发展驱动因素:政策引导阶段政策内容产业规划 底层硬件关键技术 产品应用十四五2021-2025“十四五”机器人产业发展规划“十四五”国家应急体系规划“十四五”国民健康规划十三五2016-2020国民经济和社会发展第十三个五年规划规划纲要“十三五”国家科技创新规划 开展智能机器人学习与认知、人机自然交互与协作共融等前沿技术研究。“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知 推动基础理论和核心技术开发,实现类人神经计算芯片、智能机器人和智能应用系统产业化。关于促进机器人产业健康发展的通知关于推进供给侧结构性改革加快制
10、造业转型升级工作情况的报告增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见 围绕工业机器人等关键领域,实现智能控制、智能传感、工业级芯片与网络通信模块的集成创新。促进新一代人工智能产业发展三年行动计划(2018-2020年)制造业设计能力提升专项行动计划十二五2011-2015“十二五”国家战略性新兴产业发展规划 重点发展具有感知、决策、执行等功能的智能专用装备。中国制造2025 积极研发工业、服务、特种机器人,促进标准化、模块化发展。2012-2022年智能机器人行业相关政策(国家级)72022.11 iResearch I202
11、2.11 iResearch I行业发展驱动因素:政策引导政策推动机器人行业模式跑通,率先实现工业领域规模化基于政策端的大力驱动,工业机器人率先形成规模化,助推整个行业的发展。近年来中国工业机器人的产量逐年攀升,2021年整体产量突破36万套,达到近五年来的峰值,稳居全球第一大工业机器人市场。2020年制造业的机器人密度实现每万人246台,逼近全球制造业机器人使用密度的2倍。机器人产业的蓬勃发展是企业积极响应国家号召的体现,截至2021年底,机器人领域的专精特新“小巨人”企业数量达到101家,涵盖整机、核心部件、系统集成等各类领域,为产业健康发展奠定坚实基础。来源:工信部,统计局,艾瑞咨询研究
12、院根据公开资料整理。来源:中国电子学会,IFR,艾瑞咨询研究院根据公开资料整理。13107914768218694323706836604432254412.7%26.6%26.8%54.4%201720182019202020212022Q3工业机器人产量(套)2017-2022年Q3中国工业机器人产量4971108155204246201520162017201820192020机器人密度(台/万人)2015-2020年中国制造业机器人密度2020年全球制造业机器人使用密度:126个/万人82022.11 iResearch I2022.11 iResearch I行业发展驱动因素:技术赋
13、能核心硬件国产化比重加大,新兴技术水平国际领先,机器人智能水平大幅提升机器人核心硬件,如减速器、伺服电机,长期受制于国外是限制行业发展的重要因素。伴随智能制造的转型升级,许多企业开始摒弃买办思维,加快国产自研进程,逐步缩小国产部件与进口零件的性能差距,核心零部件的国产化替代比重增大,进一步打破国外垄断核心技术的局面。受益于国内人口体量对数据资源的支持,国内企业在大数据、人工智能、云计算、物联网等战略性新兴产业的发展比肩国际甚至处于领先水平。据统计,近十年中国AI专利申请量居全球首位,占比超过74.7%。智能技术的加持减轻机器人对核心硬件的依赖程度,以软件赋能硬件,国产机器人另辟蹊径,应用领域从
14、传统工业走向服务、医疗、农业、安防等新场景。来源:专家访谈,GGII,艾瑞咨询研究院根据公开资料整理绘制。来源:中国人工智能发展报告2020,艾瑞咨询研究院根据公开资料整理绘制。13.4%15.9%19.7%28.2%29.3%36.5%38.5%86.6%84.1%80.3%71.8%70.7%63.5%61.5%2015201620172018201920202021国产品牌(%)外资品牌(%)2015-2021年中国工业机器人精密减速器市场份额2010-2020年全球AI专利申请数量统计389571472603375222903195298249中国(件)美国(件)日本(件)韩国(件)世
15、界知识产权组织(件)欧洲专利局(件)92022.11 iResearch I注释:图例,图形长度与能力优势性体现正相关。来源:艾瑞咨询研究院根据公开资料整理。行业发展驱动因素:生产驱动企业层面对效率、质量、成本的强烈需求,驱动“机器人代人”充足、高效、专业的劳动力是保障国家经济发展的前提。相较于人工,机器人在生产效率、质量、工作稳定性、环境依赖性等多个方面具有固有优势。特别是在完成高精度、耗时长、环境恶劣等工作时,机器人可有效提升生产效率,统一产品质量,并且保障人身安全。企业尤其是制造业的智能转型升级,使机器人在工业领域具备成熟应用体系;在服务业、教育、医疗等领域的尝试延展了机器人的应用边界。
16、伴随着人口老龄化,机器人代人成为应对未来劳动力短缺的一种可能;此外疫情的反复爆发加速机器人代人进程。VS智能机器人与人工多维度能力对比生产效率生产质量劳动成本环境依赖工作时长工作状态疫情返岗易受环境影响,情绪化,甚至出现心理问题无情绪波动,状态稳定无需舒适环境,无需考虑危险环境下的生命保障及安全需求需关注照明、通风、温度、噪音等因素,时刻保障人身安全存在人为误差,精细产品不易保证统一性平均工作时长8h/天理想状态工作时长为24h/天产品具备统一性,精度较高,可完成要求严苛的生产任务依赖人工、自动化程度低的企业疫情期间复工复产难度大,病毒传播风险较大人工不愿从事码垛、焊接类工作,易损伤身体,且效
17、率较低例如:码垛类机器人800-1000包每小时焊接机器人弧焊直线速度7-12mm/s固有优势外生冲击自动化程度高的企业受疫情影响相对较小人口老龄化加剧,用人成本持续走高,且未来劳动力存在出现缺口的可能伴随生产量化与场景应用成熟,机器人使用成本逐步下降场景应用伴随机器人解决方案的成熟,由传统制造向服务、医疗、农业、教育多场景拓展,应用更具多样性长远趋势培养专业人才需要时间、资本的投入,某些领域无法短期实现人才输出102022.11 iResearch I来源:艾瑞咨询研究院根据公开资料整理。机器人“智”的体现:环境感知以传感器为基础,构建融合视觉、听觉、触觉、体感等多模态感知系统,精准反馈环境
18、信息传感器是机器人具有类人知觉与反应能力的基础,它起到内部反馈控制,感知并与外部环境产生交互的作用。依据检测对象的类别,可分为用于测量智能机器人自身状态的内部传感器和用于测量与机器人作业相关的外部因素的外部传感器。依靠单一的传感器装置,仅能完成局部信息识别;为了获取完整、稳定的系统信息,通常采用多源信息融合方式提高识别的准确率。通过不同的方法与视角收集的耦合的数据样本即多模态数据,多源信息交叉融合是提高信息识别率的最主要手段。在机器人系统上配置不同性能的传感器,可构建融合视觉、听觉、触觉等感知能力的综合系统,便于智能机器人在执行工作中精准获取环境信息。目标物体特征信息处理装置机器人的感知过程智
19、能机器人内部传感器外部传感器机器人功能装置控制信号处理电信号转换执行配送分拣消毒搬运采摘测温焊接手术码垛除草涂胶巡检导览 视觉传感器 触觉传感器 力觉传感器 语音合成传感器 接近觉传感器 位置传感器 陀螺仪 速度、加速度传感器 倾斜角、方位传感器112022.11 iResearch I来源:艾瑞咨询研究院根据公开资料整理。机器人“智”的体现:执行控制多学科交叉融合,强化机器人“大脑”,执行智能控制控制系统是机器人的大脑,机器人在执行工作时的运动位置、姿态、轨迹、操作顺序及动作时间,均受控于控制技术。控制内容可分为:(1)底层控制:以机械部分、驱动器、传感器等为核心的本体控制;(2)上层控制:
20、涵盖运动分析、路径规划及配套软件控制。传统控制与智能控制相结合构成了当前智能机器人的控制系统,在运动、轨迹、力度受控的前提下,融合信息科学、人工智能等技术,增加机器人的推理、学习与决策能力。轨迹规划l 计算预期运动路径l 实时计算运动位移、速度、加速度,生成运动规划轨迹控制l 确保末端执行器实现良好位置跟踪柔顺控制l 机器人与外界环境接触时的控制运动控制轨迹控制力控制伺服机构控制l 位置控制l 速度控制l 坐标转换l 动作执行机械臂控制l 精密点位控制l 速度反馈l 控制系统的设计与分析依赖已知系统精确的数学模型l 数学模型受限于实际系统的复杂性、非线性、不确定性及不完全性,精确性有偏差依赖精
21、确数学模型l 假设与实际并不完全吻合传统控制系统面临难题遵循严苛假设系统复杂,成本增加l 通过复杂化集成提升系统性能,但设备成本及维护费用相应增高l 具备学习、抽象、推理、决策能力l 适应环境变化l 自动完成任务l 数学模型+知识系统系统特点智能系统类型传统控制系统智能控制系统系统价值专家控制系统模糊控制系统神经网络控制学习控制系统+集成控制系统=l 集合控制硬件、软件与人工智能,推进控制系统智能化l 融合自动控制学、信息科学、系统科学与AI,完善智能控制智能机器人的控制系统122022.11 iResearch I来源:艾瑞咨询研究院根据公开资料整理。机器人“智”的体现:智能决策智能算法实现
22、特定约束条件下的决策优化机器人的智能决策指机器人具备一定独立自主解决问题的能力,通过感知理解行为环境,在与环境的交互中积累经验,形成在复杂环境中执行任务的能力。机器人的决策主要依靠算法实现,并搭载机器学习、深度学习等人工智能技术,优化算法的实现路径。针对不同类型的机器人,算法的侧重点有所差异:移动机器人侧重定位导航、路径规划与避障功能;机械臂等工业机器人则重视尺寸测量、缺陷检查、定位识别等环节。现阶段,机器人在空间中的移动是其与环境产生交互的基础方式,作为决策的一个分支,如何通过优化智能技术实现机器人的精准自主导航为业内关注热点。在“视觉”先行的环境下,视觉算法的应用为机器人实现决策执行提供基
23、础。智能机器人的自主导航规划?我在哪儿,要去哪儿实时定位:确定机器人在其运动环境中的位姿?如何到达u 主动定位:机器人通过感知环境获取定位信息,以SLAM技术为代表u 被动定位:通过外部基站提供的三角信标进行定位激光雷达SLAM算法视觉SLAM算法l 获取环境特征l 信息处理l 地图构建与定位单目双目RGB-D 成本低廉依靠编码器/惯性传感器通过双目相机间的视差计算图像深度无需传感器计算量大主要依靠结构光原理获取图像像素深度信息成本高于单目、双目深度信息附带噪声需优化路径规划:依据如最短行走路线、最短行走时间、最小工作代价等优化准则,在工作空间找到一条能避开障碍物的最优或近似最优的路线全局路径
24、规划局部路径规划依托准确环境信息,叠加大量计算,找到最优路径侧重机器人当前局部环境信息,避免碰撞功能算法宽度优先搜索算法深度优先搜索算法概率地图算法快速拓展随机树算法人工势场算法遗产算法模糊逻辑算法神经网络算法13中国智能机器人行业发展概述1中国智能机器人产业发展洞察2智能机器人典型应用领域分析3智能机器人行业典型企业案例4智能机器人行业未来趋势展望5142022.11 iResearch I智能机器人市场规模产业走势良好,预计2025年接近千亿规模注释:规模主要涵盖工业机器人、商业服务机器人、医疗机器人、安防机器人、农业机器人等品类;家用机器人不在本次规模统计范围内。报告所列规模历史数据及预
25、测数据均取整数,已包含四舍五入情况。来源:专家访谈,中国电子学会,IFR,艾瑞咨询研究院自主研究绘制。2019-2025年中国智能机器人市场规模及预测111 168 256 366 534 742 984 2019202020212022e2023e2024e2025e智能机器人市场规模(亿元)CAGR=40.0%伴随语音识别、机器视觉、自主导航、人机交互等智能技术的发展,传统机器人行业进入快速智能化转型期。2020年,中国智能机器人市场规模达到168亿元,尽管受疫情等外生因素,在整体经济形势相对低迷的背景下,机器人行业仍然表现出较为强势的增长力,2021年市场规模突破250亿。疫情的反复爆发
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- 咨询 2022 年中 智能 机器人 行业 研究 报告 53 正式版
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