智能移动“家庭清洁”和“家庭安防”机器人项目创业资助项目可行性报告.doc

xx 市技术创新计划市技术创新计划 创业资助项目可行性报告创业资助项目可行性报告 项目名称：项目名称： 申请单位：申请单位： 项项目目负负责责人人 ： 移动电话：移动电话： 电子邮箱：电子邮箱： 传传 真：真： 目录目录 一、项目概述一、项目概述3 二、项目实施的背景和意义二、项目实施的背景和意义4 2.12.1、项目实施的背景和必要性、项目实施的背景和必要性 4 4 2.22.2、项目的先进性、项目的先进性 5 5 2.32.3、项目的可行性、项目的可行性 8 8 2.42.4、项目实施的重要意义、项目实施的重要意义 1010 2.52.5、项目预期收益简述、项目预期收益简述 1010 三、技术发展趋势及国内外发展现状三、技术发展趋势及国内外发展现状12 3.13.1、国内外相关技术现状及发展趋势、国内外相关技术现状及发展趋势 1212 3.23.2、国内外相关市场预测和发展趋势、国内外相关市场预测和发展趋势 1414 四、项目主要研究内容四、项目主要研究内容16 4.14.1、项目概述、项目概述 1616 4.24.2、项目涉及的技术领域、工艺范畴、项目涉及的技术领域、工艺范畴 1717 4.34.3、拟解决的关键技术问题、拟解决的关键技术问题 1717 4.44.4、项目的主要技术创新点、项目的主要技术创新点 1717 4.54.5、拟采用的技术原理、技术方法、技术路线以及工艺流程、拟采用的技术原理、技术方法、技术路线以及工艺流程 1818 五、项目预期收益五、项目预期收益26 5.15.1、技术收益、技术收益 2626 5.25.2、社会效益、社会效益 2727 5.35.3、经济收益、经济收益 2727 六、项目实施方案六、项目实施方案28 6.16.1、项目管理实施方案、项目管理实施方案 2828 6.26.2、项目技术实施方案、项目技术实施方案 2929 6.36.3、科技资源的综合利用、科技资源的综合利用 3030 6.46.4、研发资金筹集和投入、研发资金筹集和投入 3030 6.56.5、后期形成产业化的策略、后期形成产业化的策略 3131 6.66.6、风险分析与、风险分析与应应对措对措施施 3434 七、项目计划进度七、项目计划进度35 7.17.1、项目阶段分布计划表、项目阶段分布计划表 3535 7.27.2、每阶段具体实施计划、每阶段具体实施计划 3636 7.37.3、项目研发经费概算、项目研发经费概算 3737 八、现有工作基础和条件八、现有工作基础和条件38 8.18.1、公司基本情况、公司基本情况 3838 8.28.2、项目现有的研究工作基础、项目现有的研究工作基础 4040 8.38.3、项目合作情况、项目合作情况 4141 九、研发团队九、研发团队41 9.19.1、本项目研发团队情况、本项目研发团队情况 4242 9.29.2、本项目研发人员明细表、本项目研发人员明细表 4242 9.39.3、 项目核心项目核心/ /主要研发人员简介主要研发人员简介 4242 一、项目概述一、项目概述 “家庭清洁”和“家庭安防”是目前家庭中最基本的两个刚性需求，也是智能家居机器 人最需突破解决的，而这目前几乎是一个空白市场，99%的家庭对财产和人身安全非常注 重，因此*智能云清洁机器人项目(以下简称“本项目”)在改善了清洁机本身已有的 DIS、 自动变频、超声波传感器、HSP 防碰撞系统、无刷电机动力、虚拟墙等技术参数后，整 合了云计算、物联网、大数据等多种技术，解决物联网信息数据互动及机器人和安防警报 实时提示，真正做到既能清洁又能随时安防监控的智能一体化机器人，通过手机端远程控 制，展现出来的“清洁随时掌控、警报随时提醒、家庭监控安防随时清楚”特性，彻底改变 了传统功能清洁机被动接受的交互模式，真正实现智能清洁机器人与用户之间的人机互动。 用户只需在手机、PAD 等智能移动终端安装*客户端 APP，就能远程遥控清洁机 器人清洁家里的每一个角落，同时通过实时视频查看家里一切状况（监护着在家的小孩、 老人、是否被盗窃等，“家庭清洁”和“家庭安防”两不误，通过深度的人机互动让机器完全 实现物联网化、云平台化、数据化，即智能家居机器人(智能硬件)-手机远程视频控制安防 （软件端）-云服务（大数据平台）三位一体，构建家庭智能机器人物联网大数据生态平 台，并且具有较好的经济意义，预计未来三年新增销售额八千万元左右，新增利润一千五 百万元左右。 二、项目实施的背景和意义二、项目实施的背景和意义 2.1、项目实施的项目实施的背景和必要性背景和必要性 目前，我国已步入老龄化社会，劳动力人口所占比重正在逐年下滑。2012 年末，我 国 15-59 岁人口为 93727 万人，占总人口比重为 69.2%，人数比上年末减少 345 万人，比 重较上年末下降 0.60 个百分点。而解决这一问题的出路在于大力发展机器人自动化产业。 此外，在老龄化社会当中，服务机器人的应用范围将会很广，主要从事维护保养、修理、 运输、清洗、保安、救援、监护等工作，我国 2012 年就制定了服务机器人科技发展“十 二五”专项规划扶持行业发展。 家用智能机器人被认为是未来最具发展潜力的新兴产业之一，根据美国研究公司 (ABIR) 的统计，2012 年全球消费的智能家庭机器人产品总额已经达到 16 亿美元。IFR 预测 2013-2016 年估计会有 2200 万台智能家庭机器人得到销售。其中家用机器人销量估 计为 155 万台，销售额达 56 亿美元；娱乐机器人为 350 万台；教育类机器人 300 万台。 随着相互学习与共享知识云机器人技术获得重大突破，小型家庭用辅助机器人大幅度降低 生产成本，将在 2020 年之前形成至少累计 416 亿美元的新兴市场。世界经济增长引擎即 将由 IT 进入 RT 时代（Robotics Technology）。 日本是世界上机器人开发和研究最发达的国家之一，2010 年家庭智能机器人产量为 4 万台，约占全世界 50%；韩国也在积极开发家用机器人，2010 年个人服务用机器人产 值为 1717 亿韩元，韩国政府计划到 2020 年让每个韩国家庭都拥有一个能做家务的机器人。 而中国家用智能机器人产业规模尚未形成，缺乏大型支柱企业，也没有形成有影响力的品 牌，仅占全球机器人市场的 4.5%。目前的状况是，中国家用智能机器人的电机、驱动器、 减速器等关键部件主要靠进口，国产性能较差。 智能清洁机器人是一个巨大的市场，随着经济水平和技术的提高，清洁机器人将会替 代更多的传统型清洁设备，2013 年数据统计，在家庭清洁市场上，北美市场为 22 亿美元， 机器人占 18%；欧洲、中东及非洲地区（EMEA）市场达 25 亿美元，机器人占 20%；环 太平洋与日本（APAC）市场为 22 亿美元，其中机器人占 16%。 清洁机器人市场具有巨大的潜力，增长势头强劲。2013 年家庭清洁机器人市场规模 大于 12 亿美元，过去三年复合增长率达 21.8%。清洁机器人对传统清洁设备的替代率不 断提高，2013 年占清洁设备市场份额的 18.1%。 IFR 预测 2013-2016 年估计会有 2200 万台智能家庭机器人得到销售。虽然我国的家 庭服务机器人技术相对落后，但目前相关企业做到产学研结合，已经初成规模，表现良好， 空间巨大。因此，我们可以看到其中巨大的机会和挑战。 国内家用清洁类机器人 市场规模预计 2005 年2008 年2011 年2014 年2017 年 销售数量（万台）21265160350 市场规模（亿元）0.63153070 增长率400%433%200%233% 资料来源：家电调研 中怡康时代公 司 目前功能型清洁机器人，在中国家庭普及率仅有 0.5%，远远落后于发达国家（欧美 为 15%，日韩 25%）。随着 80 后为市场消费主力群体，追崇个性、自有、“懒人”、智能 互联网化，特别智能家居联网及移动互联网 3G/4G 应用环境成熟，真正智能家居机器人 时代刚拉开序幕。预计 2017 年国内家用智能清洁机器人销量达 500 万台，市场规模约人 民币 75 亿元以上，海外市场销量突破 1600 万台，市场规模约 65 亿美元。 海外（主要欧美、日韩）家用清洁机器人市场规模预计 2005 年2008 年2011 年2014 年2017 年 销售数量（万台）501102604501600 市场规模（亿美元）25 6132065 增长率140%116%53%225% 资料来源：美国研究公司（ABI Research） 2.2、项目的先进性项目的先进性 2.2.1 本项目的先进性与技术创新点 (1) “家庭清洁”和“家庭安防”两不误 添加摄像头，不仅融合了互联网，也是智能化开始。摄像头能够让用户在实现远程操 控，远程清洁的同时让移动的清洁机器人发挥家庭守护功能，解决传统固定摄像头的弊端， 实时查看家的每一个角落。 (2) 三大技术革命 在已有的清洁机基础上，本项目做了 3 大技术革命，第一个就是去掉传统机器的缓冲 前撞，让它与机器融为一体，同时增加了无极感应 TPU 智能处理系统，能够让机器人快 速传感信息识别家具防止碰撞；第二是在卡到家具的时候，利用左右轮测速技术，形成一 个逆向机制使机器退出来，避免卡死；第三是增加拖地布面积，提高机器的清洁效率； (3)更智能。 自动清扫，六种行走规划清扫路径，提高清扫效果，改善已有的 DIS 技术，自动变频、 HSP 防碰撞系统、虚拟墙等技术，是一台真正智能的清洁机器人； (4)更安静 采用无刷电机马达，功耗更低，噪音在 45 分贝左右，电机扭曲、吸力更强劲； (5)无需电源线，真正解放双手 采用高容量锂电池，一次充电续航能力在 150min 以上，先进的超声波技术极大提高 清洁机器人的回充准确率； 2.2.2 本项目与其他同类产品对比分析 2.2.2.1 智能清洁机器人与传统清洁机相比 传统吸尘器功能型清洁机智能清洁机器人 现有品牌或制造商飞利浦 松下 海尔 等 iRobot LG 科沃斯 银 星等 全新品类 目前市场规模与 2017 潜在市场 135 亿25 亿预计 2017 年 100 亿 市场差别与机会市场趋于饱和， 2013 年开始下滑 市场近几年每年保持在 30%以上快速增长，价 格偏高、混乱，技术上 多年上无大创新突破， 还没形成真正强大影响 力领导品牌。 市场今年悄然生变， 特别 80 后、90 后逐 渐成为消费主力，对 清洁效果处理更智能 和移动互联网化、视 频语言互动提示、人 性化设计、情怀分享 体验提出更高要求 年龄段人群5060 后家庭主妇 为主 70 后80 后为主80 后90 后为主 消费习惯分析注重品牌和产品耐 用。实用性，80% 在传统线下经销渠 道购买。 线上消费占 50%以上， 对网购有较强依赖性， 更注重产品实用、时尚、 个性。 除注重产品实用、时 尚、个性、性价比外， 更加强调产品体验好 玩、移动互联网互动 社交黏性、情怀、安 全感。 终端零售单价3991399 元8998000 元9992999 元 2.2.2.2 *智能云清洁机器人与传统清洁机相比 传统吸尘器功能型清洁机*智能云清洁机器人 需要人工清扫。 自动清扫，但清扫效果不太 理想。 自动清扫，更智能 6 种行走规划清扫路线，提 高清扫效果，改善已有的 DIS 技术、自动变频、HSP 防碰撞系统、虚拟墙。 噪音极大。 噪音小很多，一般在 60 分 贝左右，但吸力有限。 噪音更小。 采用无刷电机马达，功耗更 低，在 45 分贝左右，但电 机扭曲吸力更强劲。 有电源线需固定插座。 无需电源线。电池充电模式， 但自动回充准确率不高，一 次充电工作续航仅约 70 分 钟 无需电源线。 采用高容量锂电池，一次充电工 作续航达 150 分钟，超声波技术 提高自动回充准确率。 功能单一，耗电大。 功耗低、智能程度较高，但 遇到障碍物容易卡死，品质 有待改善纯功能机 功耗更低，互联网智能化。 遇障碍物卡住时实时智能警报提 示，通过机器内置智能摄像头在 手机端视频远程遥控操作，并实 时对家庭安防监控，随时随地照 看家人小孩、老人和宠物等 2.2.2.3 *智能云清洁机器人与优质同行产品对比 美国 iRobot韩国 LG* 零售价位699049901799 元 智能云服务无无*平台 网络高清摄像无100 万摄像头100 万高清摄像头 远程控制不支持联网不支持联网支持联网点对点 /WIFI/3G/4G App 系统无无安卓、IOS 手机系统 语音消息功能无有中文语音提醒 移动侦测警报无无影像侦测警报 智能交互分享无无录像、拍照、语音分享 无线路由无无有 行走路径规划4 种6 种6 种遥感复性红外路径 规划 防碰撞侦测传感1 组电子传感器1 组电子传感器72 组电子传感器（免 前撞） TPU 无极防撞感 应 无无独创 TPU 无极感应膜 吸尘电机无刷电机无刷电机低噪音进口无刷电机 MCU（处理器）2 核封装技术2 核封装技术德国 2 核封装技术 防卡死自救脱困无无吸盘式防卡测速自救功 能 越野跨障高度2cm1.5cm1.5cm 防跌落感应有有双倍跌落感应器 预约定时有有有（一次设置预约） 自动充电有有低压安全自动充电 电池类型镍氢电池锂电池动力 2600mAh 锂电池 充电时间约 3 小时约 3 小时约 3 小时 续航工作时间约 120 分钟约 100 分钟约 120 分钟 垃圾盒容量200ml500ml500ml 工作噪音67db60db20/50db 吸力大小约 800pa约 600pa约 800pa 清扫系统三段式中滚刷清 扫 三段式中滚刷清 扫 三段式中滚刷清扫 清扫功率33W13W24W 清扫覆盖率98.0098%98.50% 适用面积50-120 平米50-200 平米50-200 平米 拖地功能无有带 18cm12cm 超大拖布 功能 机身尺寸高度 9.4cm/直径 34cm 高度 8.9cm/直径 34cm 高度 8.5cm/直径 35cm 机器净重3.6KG3KG3.2KG 液晶显示无无有 工艺材料环保材料环保材料ROSH 认证可回收环保 材料 木地板保护无无软胶轮无刮伤 2.3、项目的可行性、项目的可行性 2.3.1、本项目的实施符合国家相关政策支持方向 符合国家智能硬件机器人、物联网、人工智能、移动互联网大数据政策支持方向，本 产品涉及智能硬件、服务机器人、物联网和移动互联网大数据等技术，均属于国家重点支 持的高新技术领域， 符合关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定、国务院关 于加快培育和发展战略性新兴产业的决定（国发201032 号)、关于加快培育和发展 战略性新兴产业的决定、鼓励进口技术和产品目录(2011 年)、产业结构调整指导 目录(2011 年)和当前优先发展的高技术产业化重点领域指南等相关政策，属于政府 积极鼓励和大力推动的高新技术领域。 xx 市*智能科技有限公司成立于 2013 年，员工 17 名，按照工信部颁发标准，属 于国家鼓励创新创业的小微型企业，可享受小微型企业相关的优惠政策。公司技术骨干均 来源于知名清洁机器人企业和知名互联网企业等，可为公司后续发展提供强劲动力。 2.3.2 项目的实施属于 xx 重点支持的战略领域范围 智能硬件民用服务机器人、物联网、人工智能、移动互联网大数据战略领域的创新， 符合xx 市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展规划（2014-2020 年）和xx 市 机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展政策，属于 xx 重点支持的战略领域范围。 2.3.3 项目的市场前景广阔 事实上，以清洁机器人为代表的这些家用智能机器人已经不仅仅限于展会上才能见 到，它们已逐渐进入越来越多的家庭。以科沃斯为例，其智能机器人产品服务着全球超过 3500 万个中高端家庭。而在国内，以清洁机器人为代表的家用服务机器人所受关注以及 购买量也呈稳步上升的趋势，其受众目前主要集中在三大经济圈和少数中西部中心城市。 就服务机器人快速发展的驱动力来看，在家政服务业劳动力成本相比较大幅度上 涨的背景下，家用服务机器人技术不断成熟，实用性更强，量产后成本将进一步降低，价 格将与普通家用消费类电子产品相当，甚至更便宜。因此，预计，家用智能服务机器人将 顺势撬动家政服务业市场，未来 10 年内家用服务机器人作为中高端机械电子消费品，将 进入家庭消费类电子产品目录。 据国际机器人联合会（International Federation of Robotics, IFR）统计，家用服务机器 人 2011 年销量 250 万台，同比增长 15%，销售额 6.36 亿美元，同比增长 19%。据 IFR 预 测，2012-2015 年在家用服务机器人领域，家政服务机器人销量将达 1100 万台，销售额 近 48 亿美元；娱乐机器人销量预计为 470 万台，销售额达 11 亿美元；助残机器人销量将 达 4600 台。据 Markets and Markets 预测，2012-2017 年全球服务机器人市场规模年复合 增长率约 17.4%，2017 年将达 461.8 亿美元。项目具有广阔市场前景。 2.3.4 公司具备实施该项目的实力基础 *智能科技有限公司成立于 2013 年，是一家全球领先专注于智能云清洁机器人的高 科技公司，基于*团队多年的机器人工艺革新经验及互联网公司基因，在 2015 年即成功 研发推出全球首款*智能云守护清洁机器人。依托互联网技术研发创新以及机器人产业 供应链的完美整合，将打造一系列家用清洁和安全智能守护的软硬件结合的系列产品和平 台服务。 已批量产系产品，全球首款能清洁吸尘、陪看父母、小孩、宠物的联网服务机器人， 作为颠覆性发展战略机型，智能清洁机器人+云平台+手机 APP 远程 WIFI 视频控制 -WIFI 及智能网络摄像头 Camera 视频控制，已经在京东众筹，打破 10 分钟破 20 万的机 器人众筹记录，项目结束破 100 万元，现已启动海外 Kickstarter 和 Indiegogo 众筹等。 *智能科技有限公司成立于 2013 年，自从公司成立之初，即已组织一支实力雄厚 的研发团队进行该项目的研究，并形成前期的研究基础，主要包括：产品内部结构图的成 型、产品外观设计图的成型、产品外部结构试样及包括商标、软著和国内外专利的大量知 识产权储备。 在技术基础方面，我司基于*团队多年的机器人工艺革新经验及互联网公司基因， 在 2015 年即成功研发推出全球首款*智能云守护清洁机器人。依托互联网技术研发创新 以及机器人产业供应链的完美整合，将打造一系列家用清洁和安全智能守护的软硬件结合 的系列产品和平台服务。作为颠覆性发展战略机型，智能清洁机器人能够实现云平台+手 机 APP 远程 WIFI 视频控制-WIFI 及智能网络摄像头 Camera 视频控制，全球首款能清洁 吸尘、陪看父母、小孩、宠物的联网服务机器人，是一款真正意义上的智能云机器人。 综上所述，该项目具有广阔的市场前景，再依托政府的政策支持，以及我司所具备 的实施该项目的技术基础、市场基础、资金支持及项目前期研究基础，该项目实施的可 行性极大。 2.4、项目实施的重要意义、项目实施的重要意义 本项目产品设计智能硬件-软件端-云服务三位一体，通过云服务实现软件端和智能硬 件的深度互动，在解决传统清洁机器易碰撞、易卡死和清洁效率低的基础上，安装了智能 摄像头，摄像头能够让用户实现远程操控，远程清洁的同时让移动的清洁机器人发挥家庭 守护功能，解决传统固定摄像头的弊端，实时查看家的每一个角落。真正的实现“家庭清 洁”和“家庭安保”两不误，该智能清洁机器人的出炉，将推动 xx 高科技技术的发展，带动 xx 经济发展，促使 xx 成为智能清洁机器人的技术发展航向标，同时本项目涉及摄像头、 电路板、大数据、云服务、电池等多个行业，亦可带动其他产业链的发展，有利于上下游 产业的共同进步。因此，该项目的实施具有重要意义。 2.5、项目预期收益简述、项目预期收益简述 2.5.1 知识产权与技术创新成果 针对该项目，公司申请了国内商标8件、国外商标16件、国内专利2件、国外专利4件、 软件著作权4件，具体如下： 2.5.2 社会效益 该智能清洁机器人的研发与生产，将在智能清洁机器人领域推动 xx 高科技技术的 发展，带动 xx 经济发展，促使 xx 成为全国的技术发展航向标，同时本项目涉及摄像 头、电路板、大数据、云服务、电池等多个行业，亦可带动其他产业链的发展；人们可通 过使用该智能清洁机器人设备，增加家庭劳动中的快乐体验，时刻贴心守护家人和财产； 公司将针对该项目引入更多的技术人才，在研究开发实践过程中，培养出国家在智能清洁 机器人方面的领航人才，同时为 xx 在清洁机器人技术方面的人才储备上做出贡献，公司 也将积极与相关技术的公司进行合作，能够带来更多的就业机会，同时也可在与合作公司 合作过程中，助其提高研发能力，为其培养技术人才。 2.5.3 项目产品实现的经济效益预测 年份 年产销量 （万台） 单价 （万元） 销售额 （万元） 成本 （万元） 销售利润 （万元） 纳税总额 （万元） 2016 年 2017 年 2018 年 总计 前述已分析该项目具有广阔的市场前景，IFR 预测 2013-2016 年估计会有 2200 万台 智能家庭机器人得到销售，且本项目所涉及的技术领域属于国家重点支持的高新技术领域， 国家、xx 市及我司所在区均有大力的政策支持；随着劳动力成本不断上升，消费水平的 不断提高，对生活品质和生命财产安全也在不断提出新的期待，也为我司的智能清洁机器 人产品提供了一个良好的发展背景。为我司通过本项目提供一个全面进入服务机器人领域 的契机，主要针对我们现有产品的延伸与应用。在技术执行与用户拓展上，我们具有很大 的优势，在技术创新上符合已有的服务机器人范围，预计本项目规模和经济效益是可以有 效实现的。 三、技术发展趋势及国内外发展现状三、技术发展趋势及国内外发展现状 3.1、国内外相关技术现状及发展趋势、国内外相关技术现状及发展趋势 IFR 预测 2013-2016 年估计会有 220 万个人/家用机器人得到销售。其中家用机器人 销量估计为 1550 万台，销售额达 56 亿美元；娱乐机器人为 350 万台；教育类机器人 300 万台；残障辅助机器人估计为 6400 台。随着相互学习与共享知识云机器人技术获得重大 突破，小型家庭用辅助机器人大幅度降低生产成本，将在 2020 年之前形成至少累计 416 亿美元的新兴市场 3.1.1、国外服务机器人发展现状和趋势 数据显示，目前世界上至少有 48 个国家在发展机器人，其中 25 个国家已涉足服务型 机器人开发。在服务机器人领域，发展处于前列的国家中，西方国家以美国、德国和法国 为代表，亚洲以日本和韩国为代表。 美国是机器人的发源地，美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全 面、先进，适应性十分强，在军用、医疗、家用服务机器人产业都占有绝对的优势，占服 务机器人市场约 60%的份额。 日本是机器人生产、研发和使用大国，一直以来将机器人作为一个战略产业，在发展 技术和资金方面一直给予大力支持。有报告指出日本在 2006-2010 年 5 年间为了攻克关键 的服务机器人技术每年投入 1000 万美元用于研发服务机器人。近年来，巨大的老年护理 市场需求促使企业竞相研发小型家用机器人。2013 财年，日本政府拨款 23.9 亿日元，帮 助 24 家企业开发和推广护理机器人。日本还计划至 2020 年，实现产业机器人市场规模翻 番，扩大至 1.2 万亿日元（约合人民币 732 亿元），主要增量将集中在服务机器人。 韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的 10 大“发动机”产业，把服务机器人作为 国家的一个新的经济增长点进行重点发展，对机器人技术给予了重点扶持。 德国服务机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位：其开发的机器人保 姆 Care-O-Bot3 遍布全身的传感器、立体彩色照相机、激光扫描仪和三维立体摄像头，让 它既能识别生活用品也能避免误伤主人；它还具有声控或手势控制有自我学习能力，还能 听懂语音命令和看懂手势命令。 法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于 世界先进水平。法国政府一开始就比较重视机器人技术，大力支持服务机器人研究计划， 并且建立起一个完整的科学技术体系，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。 3.1.2、我国服务机器人的发展：起步慢、机会大 智能服务机器人是未来各国经济发展的有力支柱之一，国家不断提高对机器人产业 的重视度，我国国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020 年）把智能服务机 器人列为未来 15 年重点发展的前沿技术，并于 2012 年制定了服务机器人科技发展“十 二五”专项规划支持行业发展。 我国的服务机器人市场从 2005 年前后才开始初具规模，但我国在服务机器人领域的 研发与日本、美国等国家相比起步较晚，与发达国家绝对差距还比较大，但相对起工业机 器人而言则差距较小。因为服务一般都要结合特定市场进行开发，本土企业更容易结合特 定的环境和文化进行开发占据良好的市场定位，从而保持一定的竞争优势；另一方面，外 国的服务机器人公司也属于新兴产业，大部分成立的时候还比较短，因而我国的服务机器 人产业面临着比较大的机遇和可发展空间。 目前，我国的家用服务机器人主要有吸尘器机器人、教育、娱乐、保安机器人、智能 轮椅机器人、智能穿戴机器人、智能玩具机器人，同时还有一批为服务机器人提供核心控 制器、传感器和驱动器功能部件的企业。 3.2、国内外相关市场预测和发展趋势、国内外相关市场预测和发展趋势 3.2.1、市场规模增速快，空间广阔 当前服务机器人市场销量增速快。根据 IFR2013 年世界服务机器人统计报告，服务 机器人 2012 年总销量为 301.6 万台，总销售额为 46.2 亿美元。其中个人/家用服务机器人 销量为 300 万台，环比上升 20%，总销售额为 12 亿美元；专业服务机器人 2012 年总销 量为 16067 台，环比增长 2%，销售额为 34.2 亿美元。 个人/家用服务机器人：2012 年销量约为 300 万台，环比上升 20%，总销售额为 12 亿美元。其中家用机器人销量约 196 万台，销售额 6.97 亿美元，环比上升 53%；娱乐机 器人销量约为 110 万台，环比上升 29%，销售额为 524 万美元。根据中科院的研究分析， 个人/家用服务机器人发展的三大趋势是与人合作、以手机作为处理核心以及可以接通云 服务的机器人，目前四大研究热点是教育娱乐、公共安全、信息服务以及智能家居。 3.2.2、家庭清洁机器人：最成熟的智能家庭机器人 家庭清洁机器人是指能够进行家庭家务自动智能清洁的机器人，是集机械学、电子技 术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体的机 器人。吸尘机器人是智能移动机器人实用化发展的先行者，其研究始于 20 世纪 80 年代， 而德国凯驰 2006 年生产的 Rc3000 是世界上第一台能够自行完成所有家庭地面清洁工作 的清洁机器人，其内置有光电传感器和芯片控制，包含四种清洁程序，当遇到障碍时，会 随机改变一个角度然后继续直走，直到遇到新的障碍物，会自动回到充电站完成充电和垃 圾处理的任务，同时能够根据用户设定的信息来控制机器人完成相应的操作。家庭清洁机 器人目前主要分为两个分类，一种是清洁机器人，一种是拖地机器人（包括干洗和湿洗）。 智能清洁器是一种配备了微电脑系统的吸尘器，是靠吸力打扫卫生的，能够按照人们的设 置自动智能地清洁房间的某一特定部分或全部并完成自动充电，适合几乎所有的地面，包 括地板、地砖、地毯及部分地毯；拖地机器人则在使用中会用到水，一般靠喷水后再吸水 来清洁家庭清洁机器人市场发展：历史短，发展迅速。家庭清洁机器人 21 世纪的新产品， 但在其短短十几年的历史里却有着迅猛的发展，许多国家已经涉足并开发出家庭清洁机器 人，其中前沿的国家主要有美国、德国、日本、瑞典及韩国等。、智能吸尘机器人是一 个巨大的市场，随着经济水平和技术的提高，清洁机器人将会替代更多的传统型清洁设备， 2013 年数据统计，在家庭清洁市场上，北美市场为 22 亿美元，机器人占 18%；欧洲、中 东及非洲地区（EMEA）市场达 25 亿美元，机器人占 20%；环太平洋与日本（APAC） 市场为 22 亿美元，其中机器人占 16%。 清洁机器市场具有巨大的潜力，增长势头强劲。2013 年家庭清洁机器人市场规模大 于 12 亿美元，过去三年复合增长率达 21.8%。清洁机器人对传统清洁设备的替代率不断 提高，13 年占清洁设备市场 18.1%。 3.2.3、我国清洁机器人发展总体水平渗透率低 从美国 iRobot 公司 2002 年成功研发吸尘机器人 Roomba 开启家用服务机器人时代开 始，随着国内生活水平的提高，清洁机器人逐步进入中国。但清洁机器人在我国渗透率低 下，有部分企业已经涉足清洁机器人的研发设计和销售，但生产规模小，市场潜力还未得 到开发。 由于城市化水平还不足够高、国内收入差距巨大以及传统文化的影响，我国家庭清洁 大部分还是采用传统的普通吸尘器设备或者人工清洁方式，清洁机器人渗透率十分低下。 目前家庭服务机器人年销售额已经近 10 亿，但是沿海城市的产品渗透率刚达到 5%，内 地城市为 0.4%，而美国家庭已经达到 16%。相对比其他家用电器，洗衣机的渗透率已经 几乎达到 100%。清洁机器人渗透率低下的另外原因是清洁机器人价格相对而言比较昂贵， 农村家庭和许多城市家庭还消费不起，但可估计，随着生活水平的继续提高，清洁机器人 的渗透率会慢慢提高。 3.2.4、我国家用机器人驱动因素：人力成本提高及收入上升 我国家用机器人发展最主要的驱动因素有劳动力价格的提高、城镇居民人均可支配收 入的提高等。劳动力价格的上升使得简单劳动的设备替代率明显上升，人们一方面想从简 单家务劳动中释放出来而另一方面家政服务劳力的价格越来越高，因而家务机器需求有其 刚性驱动。同时，随着我国经济的高速发展，在过去的 10 年里城镇居民的可支配收入大 致翻了三倍，人们生活水平和消费水平不断地提高，越来越多的家庭具有家用机器人的购 买能力。另外，现在信息和科技传播速度飞快，各种科技产品成本在竞争中下降迅猛。 iRobot2013 年在中国市场的家用清洁机器人销售额增幅大于 3 倍，2014 年上半年年报显 示受中国需求的强劲拉动 iRobot 在亚太地区清洁机器人销售增幅高达 18%。在中国这种 一个高速发展的人口大国，可预计，未来我国家用智能机器人的市场规模巨大。 3.2.5、我国清洁机器人公司：研产结合，表现良好，空间巨大 根据中国品牌网统计公布的十大清洁机器人品牌排行榜，我国国产清洁机器人有 6 家 上榜。目前为止，我国已经有一部分表现优良的企业涉足家用清洁机器人的开发和生产， 都和国内高校研发机构有所合作，做到研产结合。 事实上，以清洁机器人为代表的这些家用智能机器人已经不仅仅限于展会上才能见到， 它们已逐渐进入越来越多的家庭。以科沃斯为例，其智能机器人产品服务着全球超过 3500 万个中高端家庭。而在国内，以清洁机器人为代表的家用服务机器人所受关注以及 购买量也呈稳步上升的趋势，其受众目前主要集中在三大经济圈和少数中西部中心城市。 就服务机器人快速发展的驱动力来看，在家政服务业劳动力成本相比较大幅度上涨的 背景下，家用服务机器人技术不断成熟，实用性更强，量产后成本将进一步降低，价格将 与普通家用消费类电子产品相当，甚至更便宜。因此，预计，家用智能服务机器人将顺势 撬动家政服务业市场，未来 10 年内家用服务机器人作为中高端机械电子消费品，将进入 家庭消费类电子产品目录。 据国际机器人联合会统计，家用服务机器人 2011 年销量 250 万台，同比增长 15%， 销售额 6.36 亿美元，同比增长 19%。据 IFR 预测，2012-2015 年在家用服务机器人领域， 家政服务机器人销量将达 1100 万台，销售额近 48 亿美元；娱乐机器人销量预计为 470 万 台，销售额达 11 亿美元；助残机器人销量将达 4600 台。据 Markets and Markets 预测， 2012-2017 年全球服务机器人市场规模年复合增长率约 17.4%，2017 年将达 461.8 亿美元。 项目具有广阔市场前景。 四、项目主要研究内容四、项目主要研究内容 4.1、项目概述、项目概述 随着人力成本不断上升，家庭服务机器人应用逐渐普遍，在已有的清洁机器人基础上， 除了在清洁机器人本身做了 3 大技术革命，第一个就是，去掉传统机器的缓冲前撞，让它 与机器融为一体，同时增加了无极感应 TPU，能够让机器快速传感信息识别家具防止碰 撞。第二是，在卡到家具的时候，利用左右轮测速技术，形成一个逆向机制使机器退出来， 避免卡死。第三是增加拖地布面积，提高机器的清洁力度。 让机器完全实现物联网化、云平台、数据化，即智能家居机器人(智能硬件)-手机远程 视频控制安防（软件端）-云服务（大数据平台），布局构建家庭智能机器人物联网大数 据生态平台。 与传统功能型清洁机比较，*智能云清洁机器人全球首创利用智能摄像头监控安防 技术和 WIFI 远程联网控制技术，“家庭清洁”和“家庭安防”是目前家庭中最基本的两个刚 性需求，也是智能家居机器人最需突破解决的，而且目前几乎是一个空白市场，99%的家 庭对财产和人身安全非常注重，因此我们在改善了清洁机本身已有的 DIS 技术、自动变 频、超声波传感器技术、HSP 防碰撞系统、无刷电机动力、虚拟墙等技术后，整合了云 计算、物联网、大数据等多种技术，解决物联网信息数据互动及机器人和安防警报实时提 示，真正做到既能清洁又能随时安防监控的一体化智能机器人，通过手机端远程控制，展 现出来的“清洁随时掌控、警报随时提醒、家庭监控安防随时清楚”特性，彻底改变了传统 功能清洁机被动接受的交互模式，实现智能清洁机器人与用户之间网络信息互动。 用户只需在手机、PAD 等智能移动终端安装*客户端，就可以通过手机接通机器人 内置的高清智能摄像头和功能操作，就能远程遥控清洁机器人去客厅、房间等家里每个角 落，并能实时传输视频查看家里一切状况，真正既能清洁又能看家的机器人（监护着在家 的小孩、老人、是否被盗窃等）。 项目具有较好的经济意义，预计未来三年新增销售额 8 千万元左右，新增利润 1500 万元左右。 4.2、项目涉及的技术领域、工艺范畴、项目涉及的技术领域、工艺范畴 智能硬件民用服务机器人、物联网、人工智能、移动互联网大数据战略领域的创新。 4.3、拟解决的关键技术问题、拟解决的关键技术问题 1、环境感知传感器和信号处理方法 多传感器信息融合技术的基本原理就像人脑综合处理信息的过程一样，它充分地利用 多个传感资源，通过对各种传感器及其观测信息的合理支配与使用，将各种传感器在空间 和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来，产生对观测环境的一致性解释和 描述，本项目采用无极感应（电磁感应）TPU，能够让机器快速传感信息识别家具防止碰 撞。 2、路径规划 路径规划就是指在服务机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开 障碍物的路径。本项目采用 6 种路径智能规划：左螺旋、有螺旋、沿边扫、绕柱扫、矩形 扫、折线扫、自由扫，不仅结合摄像头和灯塔导航技术让机器拥有更加智能的清洁规划路 线，还能够通过摄像头进行画面数据采集分析，再利用算法实现机器对物体的识别。 3、降低噪音污染 本项目采用无刷电机马达，功耗更低，噪音在 45 分贝左右，电机扭曲、吸力更强劲。 4、自动回充 本项目无需电源线，真正解放双手。采用高容量锂电池，一次充电续航能力在 150min 以上，先进的超声波技术极大提高清洁机器人的回充准确率。 4.4、项目的主要技术创新点、项目的主要技术创新点 随着科学技术的快速发展及人们对生活需求的提高，智能服务机器人的应用越来越 广泛，消费者可以通过智能云清洁机器人远程控制轻松清洁每个房间，还可以通过移动智 能摄像头随时监控家的每一个角落，真正实现深层次的人机互动，以下是*智能云清洁 机器人与传统吸尘器、功能型清洁机的对比，从而体现出本产品所解决的问题和优势： 传统吸尘器功能型清洁机*智能云清洁机器人 需要人工清扫。 自动清扫，但清扫效果不太 理想。 自动清扫，更智能。6 种行 走规划清扫路线，提高清扫 效果，改善已有的 DIS 技术、 自动变频、HSP 防碰撞系统、 虚拟墙。 噪音极大。 噪音小很多，一般在 60 分 贝左右，但吸力有限。 噪音更小。采用无刷电机马 达，功耗更低，在 45 分贝 左右，但电机扭曲吸力更强 劲。 有电源线需固定插座。 无需电源线。电池充电模式， 但自动回充准确率不高，一 次充电工作续航仅约 70 分 无需电源线。采用高容量锂 电池，一次充电工作续航达 150 分钟，超声波技术提高 钟自动回充准确率。 功能单一，耗电大。 功耗低、智能程度较高，但 遇到障碍物容易卡死，品质 有待改善纯功能机 功耗更低，互联网智能化。 遇障碍物卡住时实时智能警 报提示，通过机器内置智能 摄像头在手机端视频远程遥 控操作，并实时对家庭安防 监控，随时随地照看家人小 孩、老人和宠物等 4.5、拟采用的技术原理、技术方法、技术路线以及工艺流程、拟采用的技术原理、技术方法、技术路线以及工艺流程 （1）机械及系统设计原理 清洁机器人机械设计如图所示 1）行走驱动轮及驱动电机 该部分主要保证机器人能够在平面内移动。为了保证机器人良好的直线性，可采用 双电机驱动左右两轮的方式，且在车体的后端装有一个不锈钢万向滚珠，这样可以使机器 人获取较好的机动性和灵活性及灵活性。 前轮驱动的好处是：转向性能得到改善。前轮是转向轮，使得转向时的行驶方向容易 控制，不容易出现过度转向的现象，转向安全性也得到提高。 2）清扫机构 用电机带动两个清扫刷，使左面清扫刷顺时针转动，右面逆时针转动，这样就可以 在清扫灰尘时将灰尘集中于吸风口处，为吸尘机构的工作做准备； 清扫刷设计成可更换型的，可选择棉质纺织品或尼龙等化纤材料的，以适应不同的工 作环境。 3）吸尘机构 旨在强大的吸力、将灰尘吸入灰尘储存箱中；这里我们采用尖端气流滤尘技术，全 方位，多层次将灰尘一网打尽。 4）擦地机构 在清扫、吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦出残留在地面上的细小灰尘，同 时也能够擦除地面上的顽固污渍，从而保证清洁工作的质量。 清洁机器人功能框图如图所示： （2）功能设计 1）清扫模式： 清扫模式包括随机清扫、螺旋式清扫、交叉清扫、沿边清扫、定点清扫、预约清扫 等。 随机清扫是指根据地面状况在其他几种清扫模式之中进行切换； 螺旋式清扫是指绕圈清扫的模式，可分为顺时针、逆时针两种； 交叉清扫是指在不同的区域之间交叉穿梭来清扫，也可以称为 Z 字形清扫； 沿边清扫是沿着房间的边界进行清扫； 定点清扫是指在指定的位置小范围内清扫； 预约清扫是指每天在指定的时间自动清扫，可以预约一次，可以放心上班和出差， 也可以自动打扫。 2）智能导航系统 清洁机器人的智能导航实质就是路径自动规划。清洁机器人路径自动规划有两种方 法：随机式全区域覆盖和规划式全区域覆盖。随机式全区域覆盖方法控制简单，不需要很 多的硬件，软件编程也简单，易于实现。但其缺点是移动机器人运行轨迹重复性较大，且 运行轨迹不能较快地、充分地覆盖整个区域，这种路 径规划只考虑完成任务，没有考虑 到时间消耗和能量消耗情况，因此选择规划式全区域覆盖方法，本设计采用 7 种遥感复性 红外路径规划。 （3）智能安全监控 1）防撞 清洁机器人在工作过程中难免遇到各种障碍物，如果不及时躲避障碍物，将影 响清洁机器人正常工作。因此在清洁机器人内部安装 7X2 组红外传感器，用来检测 清洁机器人行进路线上是否有障碍物，并采用独创 TPU 无极感应膜，起到双重保护 作用。 2）防跌落 为了防止清洁机器人遇到台阶时跌落，在清洁机器人背面安装防跌落传感器。防跌 落传感器安装位置如图所示。 防跌落传感器分布 防跌落传感器利用超声波进行测距。当清洁机器人行进至台阶边缘时，防跌落传感器 利用超声波测得清洁机器人与地面之间的距离超过限定值，向控制器发送信号，控制器控 制清洁机器人进行转向，改变清洁机器人行进方向，从而实现防止跌落的目的。清洁机器 人防止跌落示意图如图所示。 *智能云清洁机器人遇台阶示意图 3）防线缠绕： 清洁机器人工作过程中，可能会遇到细线缠绕清扫刷的情况，使清扫刷无法正常旋 转，从而造成清洁机器人不能正常工作。为了解决此问题，可以在清洁机器人中安装接 近传感器，利用接近传感器测量电动机的转速，以此来判断清扫刷工作是否正常。当细 线缠绕清扫刷时，致使清扫刷停止旋转，从而导致电动机停止转动，此时传感器测得电 动机转速为零，控制器接收此信号后向清洁机器人发送控制信号，切断电动机电流，同 时发出求救信号。同时设计清洁机器人在发出求救信号，3 分钟后自动关闭清洁机器人 电源功能，防止家中无人的情况，清洁机器人防止线缠绕流程示意图如图所示。 4）电池电量监控： 移动电源在吸尘机器人中的地位十分重要，可以说它是吸尘机器人的生命源。移动 电源需同时为移动机构提供动力，为控制电路提供稳定的电压，为吸尘操作模块及传感 观测模块提供能源等。理想的电源在放电过程中应该能够具备：保持恒定的电压； 内阻小以便快速放电；可充电；成本低等特点。本系统采用高效能锂离子电池。 为了实现对清洁机器人电池电量的安全监控，可以在清洁机器人内部安装库仑计， 用来检测清洁机器人电池电量变化。库仑计是在电池的正极和负极串连一个电流检查电 阻，当有电流流经电阻时就会产生一个监控取样电压，通过检测这个监控取样电压计算 流过电池的电流，就可以精确跟踪电池电量变化。库仑计测量原理如图所示。 （4）创新功能 1）灰尘量智能识别 清洁机器人需要根据某处灰尘量多少自动安排清扫时间，为实现这个功能， 在清洁机器人吸尘口上方安装灰尘传感器。灰尘传感器安装位置如图所示。 灰尘传感器利用可变间距电容传感器实现。当吸入灰尘越多时，灰尘撞击电容传感器 下极板越剧烈，使灰尘传感器极板振动越剧烈，输出信号越强。清洁机器人控制器根据灰 尘传感器信号的强度进行判断，发出相应控制信号，使清洁机器人根据某处灰尘多少自行 决定清扫时间长短。 2）床底智能清扫 一般来说，床底、柜子底等地方相对较脏，因此这些地方需要重点清扫，以保证清 洁度。为实现此功能，在清洁机器人正面安装光敏传感器。清洁机器人在床底或柜子底 开始工作后，光敏传感器接收的光强较弱。当扫 地机器人运行离开床底或柜子底时，光 敏传感器接收到的光强发生变化，向控制器发送信号，控制器发出控制信号，使清洁机 器人转向，重新回到暗处，继