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？》
