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    計世網

    機器人行業發展方向預測報告
    作者:佚名 | 來源:cechina
    2018-08-23
    隨著中國人口紅利消失,機器人不僅在制造業上正在替代工人,還將在軍事、服務、娛樂等領域取代人類,“鋼鐵俠”已不僅僅存在于美國科幻電影中,而正走入我們的生活。

     

    摘要

    隨著中國人口紅利消失,機器人不僅在制造業上正在替代工人,還將在軍事、服務、娛樂等領域取代人類,“鋼鐵俠”已不僅僅存在于美國科幻電影中,而正走入我們的生活。

    本篇報告對機器人行業及龍頭上市公司進行分析,對比日本、美國、德國機器人行業技術路線、發展路徑、下游市場分布,對國內機器人行業發展方向和空間進行預測,挖掘中國股市的tenbager。

    (一)服務機器人是機器人家族中的一個年輕成員,其定位就是服務。當前世界服務機器人市場化程度仍處于起步階段,但受簡單勞動力不足及老齡化等剛性驅動和科技發展促進的影響增長很快,根據marketsandmarkets的報告,2012年全球服務機器人市場規模為207.3億美元,預計2012-2017年年復合增長率將達到17.4%,到2017年達到461.8億美元,行業空間巨大,中國作為后來者,增速將更快。

    (二)目前世界上至少有48個國家在發展機器人,其中25個國家已涉足服務型機器人開發。在日本、北美和歐洲,迄今已有7種類型計40余款服務型機器人進入實驗和半商業化應用在服務機器人領域,發展處于前列的國家中,西方國家以美國、德國和法國為代表,亞洲以日本和韓國為代表。我國2012年制定了《服務機器人科技發展“十二五”專項規劃》扶持行業發展。

    (三)達芬奇機器人的產生預示著第三代外科手術時代的來臨,醫用機器人作為單位價值最高的專業服務機器人是當前醫療行業的發展熱點。全球領先的醫用機器人機器人公司直覺外科公司在2013年營收達22.65億美元,總市值達159.60億美元。在未來的4年里,醫療機器會以每年19%的速度增長,2016年全球市場規模估計會增長到119億美元。雖然我國醫用機器人普及率低、起步晚,但目前哈工大、博實股份等企業也開始積極介入。

    (四)世界經濟增長引擎即將由IT進入RT時代,家庭智能機器人將成為智能物聯網時代家庭的核心終端。2012年全球消費的智能家庭機器人產品總額已經達到16億美元,龍頭企業iRobot2014年上半年實現營收2.54億美元,全球市場占有率超過60%,市值約10億美元。IFR預測2013-2016年估計會有2200萬臺智能家庭機器人得到銷售。雖然我國的家庭服務機器人技術相對落后,但目前相關企業做到研產結合,已經初成規模,表現良好,空間巨大。

    (五)軍事機器人是21世紀各國軍事安全重點戰略:蒂爾集團稱未來10年全球無人機研發投入和采購需求將達到940億美元。軍用機器人強國包括美德英法意以日韓,這些國家不僅在技術處于研究的先列,其產品已經在軍事上有了實際運用;我國與這些強國的技術差距明顯,受政策支持,軍事機器人相關企業發展前景明顯良好,可能成為企業未來強勁的收入保證。

    前言

    機器人革命是英國皇家工程學院2009年8月19日發布的一份名為《自主系統》的科學報告中提出的,因人工智能機器人和計算機將越來越多地出現在生活的方方面面,2019年將迎來機器人革命。近兩年,隨著中國人口紅利下降,勞動力價格上升,機器人不僅在制造業正在替代工人,還將在軍事、偵察、服務、娛樂等領域超越人類。以Google收購的波士頓動力學公司(BostonDynamics)設計的一款機器狗LS3為例,它可以在24小時不進行補給情況下,攜帶181公斤負載行進32.2公里,還能在樹林、巖石地、障礙物和城區等復雜地形中跟隨士兵行動。另外,用于偵察的無人飛機、無人汽車,用于陪護的機器人,用于孩子教育和娛樂的機器人,用于清潔的家庭機器人,“鋼鐵俠”已不僅存在于科幻電影中,機器人大軍正走入我們的生活。

    機器人專家從機器人應用環境出發,將機器人分為兩大類,即工業機器人和服務機器人。工業機器人根據用途不同,大致可以分為焊接機器人、搬運機器人、噴漆機器人、涂膠機器人、裝配機器人、碼垛機器人、切割機器人、自動牽引車(AGV)機器人、凈室機器人等。而服務機器人則是除工業機器人之外的、用于非制造業并服務于人類的各種先進機器人,主要包括個人/家用服務機器人和專業服務機器人。其中,個人/家用機器人主要包括:家庭作業機器人、娛樂休閑機器人、殘障輔助機器人、住宅安全和監視機器人等;專業服務機器人主要包括:場地機器人、專業清潔機器人、醫用機器人、物流用途機器人、檢查和維護保養機器人、建筑機器人、水下機器人,以及國防、營救和安全應用機器人等等。

    近兩年,中國機器人產業投資也是如火如荼,幾十家上市公司宣布進入機器人領域,而與此同時,機器人關鍵技術和核心零部件尚未突破,研發人員奇缺,低端機器人產能重復建設。目前國內機器人產能是否過剩?中國機器人企業應該采取怎樣的戰略?中國在哪些應用領域有望實現進口替代?未來工業機器人、服務機器人、軍用機器人的空間有多大?本篇報告對機器人行業及全球龍頭上市公司進行分析,對比日本、美國、德國機器人行業技術路線、發展路徑、下游市場分布,對國內機器人行業發展方向和空間進行預測,希望對機器人產業、一二級市場投資有所幫助,挖掘中國的tenbager。

    一、服務機器人—全球PR(PersonalRobot)時代

    1、定義:服務人類的非生產性機器人

    根據國際機器人聯盟的定義,服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人,它能完成有意于人類健康的服務工作,但不包括從事生產的設備。服務機器人的定位就是服務。從機器人的功能特點上來講,它與工業機器人的一個本質區別在于,工業機器人的工作環境都是已知的,而服務機器人所面臨的工作環境絕大多數都是未知的。、

    2、剛性需求驅動,市場廣闊

    機器人在世界范圍具有巨大的發展潛力,在發達的國家的服務機器人的發展更是有著廣闊的市場。服務機器人的發展受以下因素驅動:

    簡單勞動力不足。由于發達國家的勞動力價格日趨上漲而且人們越來越不愿意從事自己不喜歡干的工作,類似于清潔、看護、保安等工作在發達國家從事的人越來越少。這種簡單勞動力的不足使服務機器人有著巨大的市場。

    經濟水平的提高。隨著經濟水平的上升,人們可支配收入的增加,使得人們能夠購買服務機器人來解放簡單的重復勞動,獲得更多的空閑時間。

    科技的發展。進入互聯網時代后人類的科學技術迅猛發展,得益于計算機和微芯片的發展,智能機器人更新換代的速度越來越快,成本下降,能實現的功能越來越多,實現更便捷更安全更精確。

    老齡化問題。全球人口的老齡化帶來大量的問題,社會保障和服務、看護的需求更加緊迫,和醫療看護人員不足的沖突激化,服務機器人作為良好的解決方案有巨大的發展空間。

    3、分類:個人/家用機器人和專業服務機器人

    服務機器人是機器人家族中的一個年輕成員,與工業機器人對應,應用領域十分廣泛,參照國際機器人聯盟(IFR)按照應用領域劃分的分類,將服務機器人分為個人/家用機器人(Personal/DomesticRobots)和專業服務機器人(ProfessionalServiceRobots)兩大類。服務機器人的應用范圍很廣,主要從事維護保養、修理、運輸、清洗、保安、救援、監護等作。其中,個人/家用機器人主要包括:家庭作業機器人、娛樂休閑機器人、殘障輔助機器人、住宅安全和監視機器人等;專業服務機器人主要包括:場地機器人(Fieldrobotics)、專業清潔機器人、醫用機器人、物流用途機器人、檢查和維護保養機器人、建筑機器人、水下機器人,以及國防、營救和安全應用機器人等等。

    4、服務機器人關鍵技術:保持智能化

    機器人是新型技術的融合,為了使之能夠適應功能的需求及保持其智能化的穩定性,服務機器人的主要關鍵技術如下:

    5、服務機器人產業鏈結構:清晰多維

    服務機器人行業生產所用的主要零部件為自動焊機、電子器件、微處理器、機器人用伺服電機、高精度減速器、機加件、氣動元器件、傳感器、電池、單板機等,歸屬于標準零部件、電子設備以及電子元器件等。服務機器人產業的下游則主要是醫療、家用、農用、軍事等行業和領域。

    二、世界服務機器人市場化程度—處于起步發展階段

    1、服務機器人前列國家:美日韓德法

    數據顯示,目前世界上至少有48個國家在發展機器人,其中25個國家已涉足服務型機器人開發。在日本、北美和歐洲,迄今已有7種類型計40余款服務型機器人進入實驗和半商業化應用。日前美國正在致力于將為軍隊傷病員開發的機器人假肢和小型無人偵察直升機等技術轉為民用,歐盟最近啟動全球最大民用機器人研發項目,到2020年將投入28億歐元研發用于醫療、護理、家務、農業和運輸等領域的機器人。在服務機器人領域,發展處于前列的國家中,西方國家以美國、德國和法國為代表,亞洲以日本和韓國為代表。

    美國是機器人的發源地,美國的機器人技術在國際上仍一直處于領先地位,其技術全面、先進,適應性十分強,在軍用、醫療、家用服務機器人產業都占有絕對的優勢,占服務機器人市場約60%的份額。

    日本是機器人生產、研發和使用大國,一直以來將機器人作為一個戰略產業,在發展技術和資金方面一直給予著大力支持。有報告指出日本在2006-2010年5年間為了攻克關鍵的服務機器人技術每年投入1000萬美元用于研發服務機器人。近年來,巨大的老年護理市場需求促使企業競相研發小型家用機器人。2013財年,日本政府撥款23.9億日元,幫助24家企業開發和推廣護理機器人。日本還計劃至2020年,實現產業機器人市場規模翻番,擴大至1.2萬億日元(約合人民幣732億元),主要增量將集中在服務機器人。護理和醫用機器人領域的市場規模也將達到1.2萬億日元,是現在的20倍。

    韓國將服務機器人技術列為未來國家發展的10大“發動機”產業,把服務機器人作為國家的一個新的經濟增長點進行重點發展,對機器人技術給予了重點扶持。

    德國向來以嚴謹認真稱世,其服務機器人的研究和應用方面在世界上處于公認的領先地位:其開發的機器人保姆Care-O-Bot3遍布全身的傳感器、立體彩色照相機、激光掃描儀和三維立體攝像頭,讓它既能識別生活用品也能避免誤傷主人;它還具有聲控或手勢控制有自我學習能力,還能聽懂語音命令和看懂手勢命令。

    法國不僅在機器人擁有量上居于世界前列,而且在機器人應用水平和應用范圍上處于世界先進水平。法國政府一開始就比較重視機器人技術,大力支持服務機器人研究計劃,并且建立起一個完整的科學技術體系,特別是把重點放在開展機器人的應用研究上。

    2、市場規模:增速快,空間廣闊

    (1)當前服務機器人市場銷量:增速快

    根據IFR2013年世界服務機器人統計報告,服務機器人2012年總銷量為301.6萬臺,總銷售額為46.2億美元。其中個人/家用服務機器人銷量為300萬臺,環比上升20%,總銷售額為12億美元;專業服務機器人2012年總銷量為16067臺,環比增長2%,銷售額為34.2億美元。

    專業服務機器人:1998年至今,專業服務機器人累計銷量已超過12.6萬臺。專業服務機器人2012年總銷量為16067臺,比2011年的15776臺增長了2%,而2012年銷售額為34.2億美元,環比略降1%。其中軍用機器人銷量為6200臺,約占總銷量40%;場地機器人銷量為5300臺,占銷量比例33%;醫用機器人銷量1308臺,環比上升20%,占總銷量8%;物流用途機器人1376臺,環比上升11%,占專業服務機器人總量比例9%,銷售額為1.96億美元。在專業服務機器人中,醫用和物流用途機器人是增長潛力最大的兩類專業服務機器人。

    個人/家用服務機器人:2012年銷量約為300萬臺,環比上升20%,總銷售額為12億美元。其中家用機器人銷量約196萬臺,銷售額6.97億美元,環比上升53%;娛樂機器人銷量約為110萬臺,環比上升29%,銷售額為524萬美元;殘障輔助機器人銷量為159臺,環比上升2%。其中家用服務機器人和娛樂機器人大致占97%的市場份額,殘障輔助機器人市場份額很小,目前覆蓋十分率低,但潛力大,因為當前許多國家正在運作此類項目和計劃以推廣殘障輔助機器人的技術和使用率。根據中科院的研究分析,個人/家用服務機器人發展的三大趨勢是與人合作、以手機作為處理核心以及可以接通云服務的機器人,目前四大研究熱點是教育娛樂、公共安全、信息服務以及智能家居。

    (2)未來預估服務機器人市場:五百億美元級別

    IFR報告預期,從2013年到2016年,全球工業機器人市場將以年均6%的速度增長,中國是這一增長趨勢的領跑者,年均增長率達15%。根據marketsandmarkets的報告,2011年全球服務機器人市場規模為183.9億美元,到2012年增長到207.3億美元,計2012-2017年全球服務機器人市場規模復合增速將達到17.4%,到2017年達到461.8億美元。對于專業服務機器,IFR預測2013-2016年估計有94800臺專業服務機器人會得到安裝使用,銷售額達171億美元。其中軍用機器人銷量約達28000臺;場地機器人中的擠奶機器人銷量估計為24500臺。兩者占總專業服務機器人銷量55%。

    對于個人/家用服務機器人,IFR預測2013-2016年估計會有220萬個人/家用機器人得到銷售。其中家用機器人銷量估計為1550萬臺,銷售額達56億美元;娛樂機器人為350萬臺;教育類機器人300萬臺;殘障輔助機器人估計為6400臺。隨著相互學習與共享知識云機器人技術獲得重大突破,小型家庭用輔助機器人大幅度降低生產成本,將在2020年之前形成至少累計416億美元的新興市場;另一方面雖然殘障輔助機器起步還是很慢,但可預測未來20年會有高速增長。

    3、我國服務機器人的發展:起步慢機會大

    智能服務機器人是未來各國經濟發展的有力支柱之一,國家不斷提高對機器人產業的重視度,我國《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》把智能服務機器人列為未來15年重點發展的前沿技術,并于2012年制定了《服務機器人科技發展“十二五”專項規劃》支持行業發展。

    我國的服務機器人市場從2005年前后才開始初具規模但我國在服務機器人領域的研發與日本、美國等國家相比起步較晚,與發達國家絕對差距還比較大,但相對起工業機器人而言則差距較小。因為服務一般都要結合特定市場進行開發,本土企業更容易結合特定的環境和文化進行開發占據良好的市場定位,從而保持一定的競爭優勢;另一方面,外國的服務機器人公司也屬于新興產業,大部分成立的時候還比較短,因而我國的服務機器人產業面臨著比較大的機遇和可發展空間。

    目前,我國的家用服務機器人主要有吸塵器機器人、教育、娛樂、保安機器人、智能輪椅機器人、智能穿戴機器人、智能玩具機器人,同時還有一批為服務機器人提供核心控制器、傳感器和驅動器功能部件的企業。

    4、國際服務機器人行業知名企業及我國領先科研機構

    國際服務機器人行業知名企業代表列舉如下:美國iRobot公司、Remotec公司、德國宇航中心、德國機器人技術商業集團、德國KUKARoboterGmbh公司等等。我國服務機器人行業領先科研機構列舉如下:湖北省智能機器人重點實驗室、北航機器人研究所、南開大學機器人與自動化研究所、上海交大機器人研究所和哈工大機器人實驗室等等;服務機器人行業領先企業列舉如下:廣州中鳴數碼科技有限公司、沈陽尤尼克斯機器人有限公司、沈陽新松機器人自動化股份有限公司、盟立自動化科技(上海)有限公司及上海未來伙伴機器人有限公司等。

    三、醫用機器人—第三代外科手術時代

    1、行業概述:醫療行業的新興增長點

    從傳統的開刀手術到機器人手術,人類歷經了近3個世紀。18世紀80年代,維也納外科醫生Billroth首次打開病人腹腔,完成了首例外科手術。這種傳統的開刀手術被稱為第一代外科手術并一直沿用至今。20世紀80年代,以腹腔鏡膽囊切除術為標志的微創手術取得突破性進展,在許多領域取代了傳統開刀手術,稱為第二代外科手術。進入21世紀,手術機器人得到開發并迅速投入臨床應用,被認為是外科發展史上的一次革命,也預示著第三代外科手術時代的來臨。

    醫用機器人是一種智能型服務機器人,它能獨自編制操作計劃,依據實際情況確定動作程序,然后把動作變為操作機構的運動。隨著發達國家進入老齡化,醫療、護理和康復的需求增加,同時由于人們對生活品質追求的提高,使得醫療不管在質還是量都得滿足更高水準的要求。另一方面,醫護人力相對缺乏,醫用機器人作為新興醫護手段具有巨大的發展潛力。

    (1)醫用機器人用途廣泛,醫療衛生智能化

    醫用機器人集醫學、生物力學、機械學、機械力學、材料學、計算機圖形學、計算機視覺、數學分析、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領域,在軍用和民用上有著廣泛的應用前景,是目前機器人領域的一個研究熱點。根據IFR的分類,醫用機器人歸屬于專業服務機器人,其自身可以分為四個類別,診斷機器人、外科手術輔助機器人、康復機器人及其它。醫用機器人用途主要為用于傷病員的手術、救援、轉運和康復,是醫療衛生裝備信息化、智能化的重要發展方向之一。尤其是外科手術機器人,醫生透過它所提供的靈巧操控、精準定位以及術前規劃,可以使得病患手術傷口減小、術后迅速恢復正常生活等,達到精準性和微創性兩大優點。

    (2)醫用機器人市場:單位價值最高的專業服務機器人

    目前,全世界已有33個國家、800多家醫院成功開展了60多萬例機器人手術,手術種類涵蓋泌尿外科、婦產科、心臟外科、胸外科、肝膽外科、胃腸外科、耳鼻喉科等學科。

    根據國際機器人聯盟的2013年的機器人統計報告,2012年全球醫用機器人銷量為1308臺,同比增長20%,占全部專業服務機器人銷量的8%,市場規模約為60億美元。其中外科手術輔助機器人銷量為1053臺,環比上升6%,總銷售額達14.95億,占醫用機器人銷售額的44%。醫用機器人是單位價值最高的專業服務機器人,每臺醫用機器人(包括附件和零部件)售價可達150萬美元。

    雖然當前醫用機器人普及率還很低,并且安裝的大部分是發達國家,但摩根的近期的一個調查研究中問及外科醫生們未來他們會在自己在手術中多高頻率的使用醫用機器人,數據表明美國的外科醫生們認為未來3-5年里醫用機器人在手術中的使用率會迅速上升到一個比較高的層次,約占50%,醫用機器人市場潛力巨大。IFR預測在未來的4年里,醫療機器會以每年19%的速度增長,2016年全球市場規模估計會增長到119億美元。

    2、直覺外科公司(ISRG):全球領先的醫用機器人公司

    直覺外科公司是全球領先的微創機器人輔助手術機器人公司,2013年營收達22.65億美元,截止2014年第一季度達芬奇機器人累計銷售數量為3039臺,2014年8月總市值達159.60億美元。

    腹腔手術輔助醫用機器人的領軍者。直覺外科公司(達芬奇公司)(納斯達克股票代碼:ISRG),成立于1995年11月9日,是全球領先的微創機器人輔助手術機器人公司,是腹腔手術輔助醫用機器人的領軍者,主要負責設計、制造和銷售達芬奇外科系統及相關儀器配件。公司總部設于美國加州,在美國、西歐大部分國家(西班牙,葡萄牙,意大利和希臘)、韓國、捷克共和國、斯洛伐克、匈牙利等國家都有直接銷售結構。截止13年末,直覺外科公司共雇員工2792人,其中325人從事研究開發,1018人從事制造業和服務,1449人從事營銷、銷售和管理活動。

    達芬奇機器人是目前世界上最成功的手術機器人系統,它是為外科醫生手術操作中的直觀的控制運動、精細組織操作和三維高清晰度視覺能力而設計的,同時允許外科醫生進行微創手術,其結構包括一個外科醫生的控制臺,一個病人側車和高性能視覺系統。達芬奇外科系統模仿外科醫生的手部動作,用于控制臺上的儀器控制,通過微小的切口控制病人體內的微小儀器。美國FDA已經批準將達芬奇機器人手術系統用于成人和兒童的普通外科、胸外科、泌尿外科、婦產科、頭頸外科以及心臟手術。

    主營業務:達芬奇機器人。直覺外科公司負責設計、制造和銷售達芬奇機器人及相關儀器配件。

    成長迅猛,市場逐步國際化。得益于世界市場對醫用機器人持續認可和需求增長,直覺外科公司在過去的10年里成長迅速。達芬奇機器人使用范圍復合增長16%,使用頻率達52.3萬次,10年里收入復合增長率達132%;2013年末收入22.65億美元,毛利率保持持續上升的絕對高位,2013年達70.38%;其凈利潤增長迅速,2013年凈利潤6.71億美元,復合增長率達140%;凈利率穩中有升,2013年達29.62%。截止2014年第一季度,3039臺達芬奇機器人已經得到安裝使用,其中美國占2116臺,歐洲488臺,其它地區435臺。

    直覺外科公司以銷售其達芬奇機器人系統及其配件為主,輔之提供相應的安裝和培訓服務,銷售機器本身貢獻了大部分的收入,但近年來銷售配件及提供服務在收入所占的比例越來越大,13年工具及配件收入超過達芬奇系統占比46%。

    直覺外科公司的市場以美國本國市場為主,收入占比大于七成;2001年開始拓寬國際市場,2011年成功收購韓國的銷售代理將觸角伸及亞洲,目前,西歐大部分國家(除西班牙,葡萄牙,意大利和希臘)、韓國、捷克共和國、斯洛伐克、匈牙利等國家都有直接銷售結構,2013年國際收入占比28%。

    隨著需求提高和營銷推進市場潛力巨大。直覺外科公司是全球領先的微創機器人輔助手術機器人公司,其銷售市場已經擴展到全場市場,截止2014年第一季度,3039臺達芬奇機器人已經得到安裝使用,其中美國占2116臺,歐洲488臺,其它地區435臺。

    目前,直覺外科公司在復雜的外科手術中機器人應用技術嫻熟,美國的達芬奇機器人滲透率和使用率相對于其他地區和國家明顯更高,隨著更多國家對醫療機器的需求提高和直覺外科公司在國際市場的營銷推進,達芬奇機器人的市場潛力巨大。

    直覺外科公司微創機器人輔助手術機器人的領先者,其機器人系統在各類外科手術中的市場份額呈階度分布,在復雜手術中的地位領先。隨著直覺外科公司在科研技術方面的繼續投入和發展,可預期直覺外科在相當一段時間內會保持領先的競爭優勢。

    營利模式穩健。直覺外科公司的營利模式以銷售達芬奇機器人為依附,獲得較長期穩定的重復消耗的耗材、配件工具及服務等收入。每臺達芬奇機器人售價約為100-230萬美元,而其耗材及配件為700-3200美元/年/臺,服務為10-17萬美元/年/臺。2009年開始配件及服務收入超過達芬奇機器人,未來這種趨勢還會持續。

    3、我國醫用機器人的發展:技術有所突破,挑戰與機遇并存

    (1)總體水平:整體水平低,普及率低

    醫用機器人在我國現在還處于整體水平技術低下發展緩慢的階段,與發達國家差距巨大,缺乏研究醫用機器人的人才和技術。我國目前還沒有成型的規模化醫用機器人產品,中國機器人網上列出的醫療機器人除了上海硅萊實業有限公司生產的便攜式牙科治療機之外都是小型機器人部件,而便攜式牙科治療機的功能簡單,價格低下。

    但在國家的支持下,我國的醫用機器人也取得了一定的突破,2013年11月,哈工大機器人研究所研制的“微創腹腔外科手術機器人系統”,通過了國家“863”計劃專家組的驗收。這一手術機器人的出現意味著進口達芬奇手術機器人技術壟斷的打破,我國將加快實現國產微創手術機器人輔助外科手術機器的開發。2014年3月由妙手機器人科技集團和天津大學合作研發的“S妙手”機器人首次用于臨床為3位患者進行了胃穿孔修補術和闌尾切除術。與此同時,許多高校和企業也正在把醫用機器人研究開發作為重點課題項目進行合作,其中,胃鏡診斷治療輔助機器人系統研制就是十二五國家科技支撐計劃課題,由博實股份主導,為解決胃腸道疾病治療過程中的及時止血難題,以提升我國先進醫療裝備的創新及產業化。

    目前我國醫用機器人的普及率和使用率低下,截止直覺外科公司2014年第一季度的統計報告,我國只安裝了25臺達芬奇機器人,而臺灣、韓國及日本則已經安裝了20、44以及178臺達芬奇機器人。而根據世界銀行2014年1月公布的人口數據,大陸人口分別是臺灣、韓國及日本的58倍、27倍和10倍。雖然我國目前醫用機器人使用率和普及率低下,但這也反映出我國醫用機器人的市場潛力巨大。許多企業比如博實、新松機器人都在公司的產品規劃中加入了醫療機器人開發的戰略布局,而國際企業也針對我國市場擴大產能。比如2013年安川在中國常州新建工廠進行了產能擴張并計劃推出一款針對中國市場的康復機器人。

    (2)我國醫用機器人有其剛性驅動因素,市場規模可達億級

    醫用機器人會是我國醫療工具和手段的前沿發展方向,驅動其發展的因素有:對各種疾病診斷和治療的巨大高端技術需求、老齡化對老殘輔助和護理的社會壓力以及高素養醫護人員的缺乏導致的供需矛盾。

    醫用機器人與傳統人工技術相比有許多技術優勢,具有精細化智能化微創化的特點,可以更精確地診斷癥狀,科學分析病理,降低人工操作失誤,并可以減少患者在手術過程中的痛苦,使患者恢復的速度加快。醫用機器人在我國經濟持續高速發展進入更高層次的時候必定替代一部分傳統的人工技術。

    目前我國已成為世界上人口老齡化速度最快的國家之一。2012年的數據顯示,未來5年中國超過60歲的老人將達到1.49億人,占總人口的11%,占世界老齡人口總數的五分之一,我國在可預見的未來對于養老護理的需求極大;另外,我國的殘疾人總數巨大,2013年已經與德國總人口數相當,對殘障機器人和康復機器人的需求總量大。

    我國是一個發展中的人口大國,醫生和護士人數相對于人口基數十分缺乏,根據世界銀行2014年公布的數據,我國每千人的護士僅為世界人均量的0.46,占日本的0.4,占美國的0.15;我國每千人的醫生人數僅為日本的0.79,僅為德國的一半。因而醫護人員的不足引起的供需矛盾使得醫用機器人的發展具有更多的動力。

    在這些驅動因素的促進下,我國未來的醫用機器人發展市場巨大,根據IFR預測,2013至2016年的4年里醫療機器人會以每年19%的速度增長,2016年全球市場規模估計會增長到119億美元。而中國作為服務機器人的高速增長部分,按目前我國市場占外科直覺公司的銷售比例估計,2016年中國的醫療機器人會達到0.97億美元的市場規模。

    (3)國內重點醫用機器人公司/研究機構:醫療技術商業化有待提高

    隨著醫用機器人技術的不斷突破和發展,從2005年開始我國有一批重點高校科研醫院單位及研究所在研究醫用機器人系統并取得了一些小成就,比如哈工大的微創腹腔外科手術機器已經成功被專家驗收,天津大學的妙手機器人在今年3月份開始臨床使用;同時,隨著醫用機器人商業化市場化的可能性愈發明晰,已經有部分企業正在生產或者打算進軍醫用機器人細分行業,其中就包括機器人領先企業的博實股份和新松機器人。

    四、家庭智能機器人—智能物聯網時代家庭的核心終端

    1、行業概述:物聯網時代的家用智能機器人

    隨著智能技術的發展,在21世紀的頭十年物聯網已經開始和互聯網一樣引人注目。物聯網這個名詞最初由1999年美國麻省理工學院提出,即通過信息傳感設備把用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡,被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。物聯網技術將會引起現有產業的大洗牌,而智能機器人正是在新一輪發展中極具前景的產業,未來一定是機器人的時代,家庭智能服務機器人就是物聯網時代家庭的核心終端。

    家庭智能機器人是指為人類服務的智能機器人,主要從事家庭服務,包括維護、保養、修理、運輸、清洗、監護等工作,家庭智能機器人被定位為智能物聯網時代中家庭物聯網的核心信息中樞,具有人性化交互、運動化控制和組件化成長的特性。按照應用范圍和用途的不同,家庭智能機器人分為電器機器人、娛樂機器人、廚師機器人、搬運機器人、不動機器人、移動助理機器人和類人機器人。

    2、市場規模:世界經濟增長引擎即將由IT進入RT時代

    家用智能機器人被認為是未來最具發展潛力的新興產業之一,美國研究公司(ABIResearch)的統計,2012年全球消費的智能家庭機器人產品總額已經達到16億美元。IFR預測2013-2016年估計會有2200萬臺智能家庭機器人得到銷售。其中家用機器人銷量估計為155萬臺,銷售額達56億美元;娛樂機器人為350萬臺;教育類機器人300萬臺。隨著相互學習與共享知識云機器人技術獲得重大突破,小型家庭用輔助機器人大幅度降低生產成本,將在2020年之前形成至少累計416億美元的新興市場。世界經濟增長引擎即將由IT進入RT時代(Roboticstechnology)。

    日本是世界上機器人開發和研究最發達的國家之一,2010年家庭智能機器人產量為4萬臺,約占全世界50%;韓國也在積極開發家用機器人,2010年個人服務用機器人產值為1717億韓元,韓國政府計劃到2020年讓每個韓國家庭都擁有一個能做家務的機器人。而中國家用智能機器人產業規模尚未形成,缺乏大型支柱企業,也沒有形成有影響力的品牌,僅占全球機器人市場的4.5%。目前的狀況是,中國家用智能機器人的電機、驅動器、減速器等關鍵部件主要靠進口,國產性能較差。

    3、家庭清潔機器人:最成熟的智能家庭機器人

    家庭清潔機器人是指能夠進行家庭家務自動智能清潔的機器人,是集機械學、電子技術、傳感器技術、計算機技術、控制技術、機器人技術、人工智能等諸多學科為一體的機器人。吸塵機器人是智能移動機器人實用化發展的先行者,其研究始于20世紀80年代,而德國凱馳2006年生產的Rc3000是世界上第一臺能夠自行完成所有家庭地面清潔工作的清潔機器人,其內置有光電傳感器和芯片控制,包含四種清潔程序,當遇到障礙時,會隨機改變一個角度然后繼續直走,直到遇到新的障礙物,會自動回到充電站完成充電和垃圾處理的任務,同時能夠根據用戶設定的信息來控制機器人完成相應的操作。家庭清潔機器人目前主要分為兩個分類,一種是掃地機器人,一種是拖地機器人(包括干洗和濕洗)。智能掃地器是一種配備了微電腦系統的吸塵器,是靠吸力打掃衛生的,能夠按照人們的設置自動智能地清潔房間的某一特定部分或全部并完成自動充電,適合幾乎所有的地面,包括地板、地磚、地毯及部分地毯;拖地機器人則在使用中會用到水,一般靠噴水后再吸水來清潔家庭清潔機器人市場發展:歷史短,發展迅速。家庭清潔機器人21世紀的新產品,但在其短短十幾年的歷史里卻有著迅猛的發展,許多國家已經涉足并開發出家庭清潔機器人,其中前沿的國家主要有美國、德國、日本、瑞典及韓國等。

    智能吸塵機器人是一個巨大的市場,隨著經濟水平和技術的提高,掃地機器人將會替代更多的傳統型掃地設備,2013年數據統計,在家庭掃地市場上,北美市場為22億美元,機器人占18%;歐洲、中東及非洲地區(EMEA)市場達25億美元,機器人占20%;環太平洋與日本(APAC)市場為22億美元,其中機器人占16%。

    掃地機器市場具有巨大的潛力,增長勢頭強勁。13年家庭掃地機器人市場規模大于12億美元,過去三年復合增長率達21.8%。掃地機器人對傳統掃地設備的替代率不斷提高,13年占掃地設備市場18.1%。

    4、iRobot—家用服務機器人的開啟者

    iRobot是家居清潔機器人的領先企業,產品戰略布局以家居清潔機器人為主。2014年上半年實現營收2.54億美元,2013年收入達4.87億美元,全球市場占有率超過60%,2014年8月總市值為10.10億美元。

    公司簡介:研制第一臺真正意義上的家用服務機器人。iRobot由麻省理工的機器人專家恩盎格魯、雷格納和布魯克斯聯手創立,成立于1990年,2002年成功研發吸塵機器人Roomba開啟家用服務機器人產品,2005年在美國納斯達克交易所上市(交易代碼IRBT),總部位于美國馬薩諸塞州的貝德福德,在美國加利福尼亞、英國、中國大陸及中國香港都有辦公地點,共雇員528人(13年底)。iRobot致力于生產清潔機器人(目前以掃地和拖地機器為主)以及軍用機器人(執行戰場偵察和炸彈處理任務),通過零售商向全球各地消費者銷售產品,并向美國軍隊和其他政府機構出售產品。

    iRobot主要生產機器人,分兩大系列,家居清潔機器人和軍用及工業機器人。家居清潔機器人目前以掃地和拖地機器為主,軍用及工業機器人主要執行戰場偵察和炸彈處理任務。目前2014年新研發了遠程視頻機器人,未來幾年會著重發展遠程視頻屏幕及家居維護系列。

    iRobot的產品戰略布局以家居清潔機器人為主。家居清潔機器人所需投入成本較其它產品低,最早成為現金牛,為新研發的更高級產品提供資金支持。目前遠程視頻機器人成功研制,開始進入營銷階段。

    iRobot自2003年開始實現正收入,過去的十年收入增長迅速。2014年上半年實現營收2.54億美元,同比上漲7.35%。2013年收入達4.87億美元,同比增長11.73%。毛利率始終保持在比較高的水平,自2009年實現穩步上升,2013年毛利率達47.37%。但利潤處于比較大的波動狀態,2008年和2009年利潤低于350萬美元,但2010年和2012年利潤急增至2551萬美元和4019萬美元,2013年利潤達2764萬美元,環比增長59.8%。2013年凈利潤率達5.67%。

    主營業務為家居機器人和軍用機器人的銷售,家居機器人在2011年之后成為最主要的收入來源,2013年銷售占比約為88%,2014年上半年受中國市場強勁拉動銷售額大漲15%達1.3億美元;而軍用機器設備因受美國財政預算收縮及以色列等地區軍事需求下降的因素,2013年銷售占比僅為約12%。國際銷售占比逐年增長,2012年國外收入超過國內收入,2013國外收入占比達59%。

    iRobot在家居清潔機器人市場上處于領先地位。2011年至2013年總清潔機器設備消費增長迅速,13年大于12億美元,而iRobot占市場的利率也逐年上漲,2013年達18.1%。iRobot在家居機器人行業中屬于龍頭領先企業并已經打通了全球銷售的網絡,在各大市場iRobot都遠遠領先于其它企業。2013年iRobot掃地機器人占北美市場比例為83%,占歐洲、中東及非洲市場(EMEA)62%,占環太平洋與日本市場(APAC)67%。2014年剛公布的半年報中,iRobot預計家用機器人全年銷售額同比增幅為18%-20%。

    品牌忠誠度高,進軍洗衣機等家用智能機器人。在同行業中,iRobot的產品機器人功能及表現更穩定和優良,而經歷這些年的表現iRobot也獲得非常高的品牌認可度。家居清潔維護設備是個巨大的市場,每年的市場潛力可達14億美元,而iRobot也在2013年的年報里明確提出未來的產品會往實現更多家居功能的設備機器人發展。

    5、我國清潔機器人發展:滲透率低下

    (1)總體水平:滲透率低,生產規模小

    從美國iRobot公司2002年成功研發吸塵機器人Roomba開啟家用服務機器人時代開始,隨著國內生活水平的提高,掃地機器人逐步進入中國。但掃地機器人在我國滲透率低下,有部分企業已經涉足掃地機器人的研發設計和銷售,但生產規模小,市場潛力還未得到開發。

    由于城市化水平還不足夠高、國內收入差距巨大以及傳統文化的影響,我國家庭清潔大部分還是采用傳統的普通吸塵器設備或者人工清潔方式,掃地機器人滲透率十分低下。目前家庭服務機器人年銷售額已經近10億,但是沿海城市的產品滲透率剛達到5%,內地城市為0.4%,而美國家庭已經達到16%。相對比其他家用電器,洗衣機的滲透率已經幾乎達到100%。掃地機器人滲透率低下的另外原因是掃地機器人價格相對而言比較昂貴,農村家庭和許多城市家庭還消費不起,但可估計,隨著生活水平的繼續提高,掃地機器人的滲透率會慢慢提高。

    (2)我國家用機器人驅動因素:人力成本提高及收入上升

    我國家用機器人發展最主要的驅動因素有勞動力價格的提高、城鎮居民人均可支配收入的提高等。勞動力價格的上升使得簡單勞動的設備替代率明顯上升,人們一方面想從簡單家務勞動中釋放出來而另一方面家政服務勞力的價格越來越高,因而家務機器需求有其剛性驅動。同時,隨著我國經濟的高速發展,在過去的10年里城鎮居民的可支配收入大致翻了三倍,人們生活水平和消費水平不斷地提高,越來越多的家庭具有家用機器人的購買能力。另外,現在信息和科技傳播速度飛快,各種科技產品成本在競爭中下降迅猛。iRobot2013年在中國市場的家用清潔機器人銷售額增幅大于3倍,剛公布的14年上半年年報顯示受中國需求的強勁拉動iRobot在亞太地區清潔機器人銷售增幅高達18%。在中國這種一個高速發展的人口大國,可預計,未來我國家用智能機器人的市場規模巨大。

    (3)我國清潔機器人公司:研產結合,表現良好,空間巨大

    根據中國品牌網統計公布的2013年十大掃地機器人品牌排行榜,我國國產掃地機器人有6家上榜。目前為止,我國已經有一部分表現優良的企業涉足家用清潔機器人的開發和生產,都和國內高校研發機構有所合作,做到研產結合。當前機器人行業發展的宏觀前景良好,市場潛力巨大,目前我國會在未來出現一批在細分行業技術領先表現良好的潛力企業。

    五、軍用機器人—21世紀戰爭的核心武器

    1、發展歷史:第三代智能機器人

    為了軍事目的而研制出來的自動機器人。軍事機器人(militaryrobot)是一種用于完成以往由人員承擔軍事任務的自主式、半主式或人工遙控的機械電子裝置。它是以完成預定的戰術或戰略任務為目標,以智能化信息處理技術和通信技術為核心的智能化武器裝備,為了軍事目的而研制出來的自動機器人。

    軍事機器人相比起傳統的軍人有著以下優點:

    全方位、全天候的作戰能力。軍事機器人可以在毒氣、沖擊波、熱輻射等襲擊等極為惡劣的環境下繼續工作,而人類有著明顯承受上限。

    強的戰場生存能力。軍事機器人不會感覺到疼痛,具有很強的戰場生存能力。

    服從命令聽從指揮。軍事機器人沒有人類所特有的恐懼等心理,可以嚴格地服從命令聽從指揮,有利于戰事分局和對武力掌控。

    按照使用環境和軍事用途來分類,軍事機器人大分類:地面軍用機器人、空中機器人、水下機器人和空間機器人。

    發展歷史:三代演進。軍事機器人從60年代開始研制,至今已經有了三代的演進。第一代的機器人是“遙控操作器”,第二代機器人是按事先編好的程序,自動重復完成某種操作,第三代機器人是智能機器人,它能利用各種傳感器獲取環境信息,然后利用智能技術進行識別、理解、推理并最后做出規劃決策,是一種能通過自主行動實現預定目標的高級機器人。目前世界各國軍用機器人已達上百種之多,主要應用于偵察、排雷、防化、進攻、防御以及保障等各個領域。無人化、機器人兵器是高技術領域中多學科交叉的技術結晶,包括微電子、光電子、納米、微機電、計算機、新材料、新動力及航天等高新技術,集中了當今科學技術的許多尖端成果。在未來戰爭中,自動機器人士兵以后可能會成為對敵作戰的軍事行動的絕對主力。

    2、軍用機器人發展強國:美德英法意以日韓

    軍用機器人的研制涉及到國家軍事安全,屬于軍用設備的高端產品。軍用機器人強國包括美德英法意以日韓,這些國家不僅在技術處于研究的先列,其產品已經在軍事上有了實際運用。

    美國目前在軍用機器人技術上,無論是在基礎技術、系統開發、生產配套方面,還是在技術轉化和實戰應用經驗上都處于絕對領先地位。美國軍用機器人開發與應用涵蓋陸、海、空、天等各兵種,是世界唯一具有綜合開發、試驗和實戰應用能力的國家。美軍已經裝配了超過7500架無人機和15000個地面機器人,美國國會曾批準2015年美軍作戰平臺中無人作戰系統的比例達三分之一的方案。美國在2007年12月18日發布了《無人(駕駛)系統路線圖》(Unmanned Systems Road map,包括無人機系統、無人地面系統、無人水下系統。該路線圖提供了全方位國防對無人系統及其相關技術的愿景。美國國防部現正在研制智能機器人的集成作戰系統(FCS)的計劃用于提升海陸空軍事系統實力,包括四大類機器人:用于監視、勘察導彈的無人駕駛飛行器(UAV);用于深入士兵無法進入的危險領域獲取信息的小型無人地面車輛(UGV);在戰斗中負責補充作戰物資的多功能后勤保障機器人(MULE);還有運輸功能強大的武裝平臺和運輸復雜的偵查設備的武裝機器人戰車(ARV)。

    德國的智能地面無人作戰平臺的研究和應用方面在世界上處于公認的領先地位。二戰中德國研制的數千輛遙控無人自爆式坦克是無人戰車的最早雛形,著重研究裝備方面的自主系統和圖像分析系統,在20世紀80年代中期就提出了要向高級的、帶感知的智能型機器人轉移的目標。德國的智能機動無人系統計劃(PRIMUS)是德國的重要的地面無人車輛項目,以數字化“鼬鼠Ⅱ”裝甲車為試驗平臺,目標是開發通用的功能模塊,以便根據不同的任務選擇相應的基本功能模塊組成各種優化系統。其次,德國在歐洲各國的反水雷戰方面處于領先地位,德國的STN、HDW等公司研制用于反潛戰的水下無人航行體TCM/TAU2000魚雷對抗系統是為海軍服務的,保護海上交通線及在惡劣的淺水環境中港口的暢通,在較深的海岸水域中,保護航母作戰群和其他高價值的部隊,準備直到拍岸浪區的兩棲攻擊。德國海軍還有總經費為2.5億美元的專業反水雷艦隊的改造計MJ334,把掃雷艦改造成為獵雷艦盡量減少、消除水雷對人員及裝備的威脅。

    英國開展地面無人作戰平臺研制的時間較長,早在上世紀60年代末英國Hall Automation公司研制出自己的機器人RAMP。英國地面軍用機器人的研究方針是:由遙控機器人走向自主機器人,包括“地雷探測、標識和處理計劃”(MINDER)、“小獵犬”戰斗工程牽引車(CET)和可突破壕溝、雷區等多種障礙物的未來工程坦克(FET)。而英國履帶式手推車及超級手推車排爆機器人已經裝備在50多個國家的軍警機構。

    法國是歐洲研制地面機器人的主要國家之一,不僅在地面無人作戰平臺擁有量上居于世界前列,在地面無人作戰平臺應用水平和應用范圍上處于世界先進水平,計劃在數年時間內研制大量警戒機器人和空軍基地低空防御機器人。代表軍用機器人有自主式快速運動偵察演示車(DARDS)和目標壓制的無人目標捕獲系統(SYRANO)。

    意大利在后期也加入軍用機器人的研制行列,和法國和西班牙聯合開發移動式機器人“AMR”,包括野外快速巡邏機器人,運送其他機器和進行監測工作和可以在復雜堆積物地方爬行的機器人,遙控或者自主控制。

    以色列也是自主研制的無人軍用機器人很早的國家,其中包括用于安全任務的自主導航機器人車輛和用于支持步兵城市作戰的手攜式機器人等。以色列“守護者”(Guardium)軍民兩用全自動安全系統,可連續地對機場、港口、軍事基地、重要管線以及其他有全日安全監視需求的設施執行巡邏任務。

    日本是高精技術的強國,日本政府給予了財政支持自衛隊的機器人野戰應用可行性研究,開發探雷及排雷機器人。日本的UUV技術用于地震預報、海洋開發如水下采礦、海底石油和天然氣的開發。日本的滅雷具的ROV技術國際領先,其耗資6千萬美元KaikoROV可以下潛到世界上最深的海底。

    韓國是亞洲機器人技術研制的強國,三星集團研發的SGR-1哨兵機器人被韓國政府部署在三八線附近。SGR-1個頭與3歲孩子相當,體重17公斤,裝備多種探測裝備,晝夜不停地站崗,能夠發現幾公里外的隱秘威脅,在偵測到闖入者時會發出警報,后方的機器人管理員將通過機器人盤問闖入者,并決定是否用該機器人的5.5毫米口徑機槍將其射殺。韓國聯合參謀本部作戰處上校崔謹孝曾經說過機器人可以使韓國軍隊的戰斗力增強2-4倍。

    3、美國主要軍用機器人公司和產品介紹

    4、空間估算:未來10年達940億美元

    軍用機器人的研制需要大量資金。以美國為例,美軍“未來戰斗系統”的研究經費預計為250億美元,每裝備一個旅要花費60~80億美元,總計1450億美元左右,這甚至遠遠超出了原來預計的920億美元。如果美國陸軍全部裝備“未來戰斗系統”,則將耗資13000億美元。雖然機器人造價昂貴,但可以避免因人員傷亡而造成的恐慌和巨大壓力。一些軍隊的機器人已開始執行偵察和監視任務,替代士兵站崗放哨、排雷除爆,可降低士兵傷亡率達60%至80%。如果把土兵的工資、培訓費用、退休金、福利以及傷亡補貼算到一起的話,機器人士兵也比使用合同役士兵更實惠。從美國國防部的角度看,用武裝機器人替代士兵服役打仗,實現軍隊的機器人化,是少花錢、低風險、高效率實施未來戰爭的選擇。加之軍事防備屬于一國安全問題,事關重大,雖然當前智能機器人在軍事方面的應用存在著道德問題和安全風險,軍用機器人大范圍取代傳統人力戰士還有需要一段時間,但明顯的,未來軍用機器人的研制投入和發展空間是巨大的。

    2004年美軍僅有163個地面機器人。2007年則增長到5000個,至少10款智能戰爭機器人在伊拉克和阿富汗“服役”。而目前,一些國家正在組建機器人部隊。一些軍隊的機器人已開始執行偵察和監視任務,替代士兵站崗放哨、排雷除爆。軍機市場預測的權威機構蒂爾集團稱未來10年全球無人機研發投入和采購需求將達到940億美元,這將是一個巨大的市場。

    5、我國軍用機器人:技術落后,重點支持

    我國在機器人核心及關鍵技術的原創性研究、高可靠性基礎功能部件的批量生產應用等方面,同發達國家相比差距很大。但政府一直非常重視軍用機器人技術的研究與開發,在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》、《國家高技術研究計劃(863)“十一·五”發展綱要》、《國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》等有著重提出,國家863計劃、國家自然科學基金、國防科工委預研項目中予以重點支持。

    目前在我國,軍用機器人基本沒有完全自主的生產商,在軍用機器人方面技術比較領先的是新松機器人自動化股份有限公司。目前新松機器人已定型八個軍用機器人產品,列裝兩個,未來訂單會穩步增長。

    責任編輯:焦旭

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