服務機器人取代人類完成部分日常生活勞動成為必然趨勢。其中，掃地機器人能夠承擔普通家庭地面清潔的高頻任務，受到消費者青睞。廣闊的市場空間和愈發多元的應用場景推動著掃地機器人產品不斷升級。
圖片來源：iRobot官網
掃地機器人的升級之路
1898年，美國的約翰·瑟曼圣易路斯，提交了一份關于地毯吸塵器的專利（US No.634042），這成為可追溯的最早的掃地機器。依靠壓縮空氣將灰塵吹入容器，該機器的效果并不怎么好，但顧客仍要提供4美元/次的上門清潔服務費。直到1901年英格蘭人布斯對掃地機器進行了改良，利用電動抽風機進行真空抽吸，掃地機器才真正走上了真空時代。
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人們通常認可的世界上第一臺掃地機器人是1996年由瑞典家電巨頭伊萊克斯制造的名為“三葉蟲”（Trilobite）的掃地裝置，至今已有23年歷史。這款掃地機器人采用了仿生技術超聲波，如同蝙蝠可以敏捷迅速地感知并繞開障礙物。“三葉蟲”采用單滾刷式清潔方式，具備無電自動回充以及防跌落功能。1997年，BBC節目“明日世界”展示了該產品，直到2001年11月，第一個成品才走向市場。雖然，初代的“三葉蟲”掃地速度慢、體型厚重，但之后的智能掃地機器人基本延續了其圓形碰撞式設計，可謂是掃地機器人的先驅。
掃地機器人技術不斷變革，按照路徑規劃模式可以劃分為四個階段。伊萊克斯的“三葉蟲”和2002年iRobot 推出的Roomba 掃地機器人處于第一階段，主要是隨機碰撞式清掃。2010年，Neato推出了使用自動駕駛與激光導航技術結合的吸塵機器人，通過構建二維地圖實現清掃路徑智能規劃，清掃效率大幅提升，這開啟了掃地機器人的第二階段。第三階段代表產品是2014年Dyson推出的360 Eyes，掃地機器人搭載了攝像頭，對環境進行全方位的拍攝并分析，VSLAM圖像位移定位導航讓掃地機器人“看”到更真實的世界。隨著人工智能技術的發展，語音識別、圖像處理等技術與高精度傳感器的深度融合，將使得掃地機器人進入智能化階段。
圖片來源：企業官網，華夏幸福產業研究院整理
掃地機器人原理與技術
掃地機器人是集合自動化技術的可移動智能化產品，與裝備有集塵盒的真空吸塵裝置，配合機身設定控制路徑，在室內反復行走，實現沿邊、集中、隨機、直線等路徑打掃，并輔以邊刷、中央旋轉主刷、抹布、紫外線除菌等方式加強打掃，完成擬人化居家清潔效果。掃地機器人需要完成4個基本的任務步驟，即定位、構圖、規劃、清掃。
掃地機器人完成基本任務依靠的是裝置軟硬件結合。目前來看硬件部分比較固定，制造難度不大，軟件部分升級較快，智能產品的優化算法要求較高。
首先看硬件部分，掃地機器人主要包含控制單元（處理器）、感知單元（多類傳感器）、移動部件（電機+驅動輪+萬向輪）、清潔系統（毛刷+吸塵器）、電源裝置（電池+充電座）。
?控制單元是掃地機器人的“大腦”，目前已由單片機升級為AI芯片處理器，快速的數據處理能力確保實現智能的全局規劃。
?感知單元是掃地機器人的“眼睛”和“觸手”,通常使用加速度計、陀螺儀、超聲波測距儀、激光雷達測距傳感器、紅外線傳感器以及CCD攝像機等，確保掃地機器人精準獲取周圍環境信息。
?移動部件是掃地機器人的“雙腳”，旋轉電機為驅動輪提供行走動力，萬向輪則調整行駛方向。
?清潔系統是掃地機器人最主要的功能部件，通常是邊刷和滾刷等進行聯合清掃，吸塵器進行垃圾吸收。
?電源系統是掃地機器人工作的能量來源，鋰電池正逐漸取代鉛酸電池成為優先選擇。
圖片來源：科沃斯DN3說明書
其次看軟件部分，掃地機器人的軟件系統主要是實現多傳感器信號、地圖與空間規劃算法、物聯網技術以及語音/圖像等AI技術的融合。掃地機器人由較早的隨機碰撞式進階為自主規劃式。隨機碰撞式依賴超聲波傳感器、碰撞傳感器數據與軟件系統中碰撞算法結合，并無明顯清掃規律，重復度較高，清潔效率很低。而利用SLAM算法的自主規劃式，可以對環境進行構建和記憶，保證清掃全面不遺漏。從高效率完成清掃任務角度來看，地圖構建和路徑規劃能力已成為各類掃地機器人主推的核心競爭力。
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近幾年，掃地機器人技術相對成熟，成為消費者廣泛青睞的智能家居產品。2017年，我國掃地機器人銷量近400萬臺，銷售額達56.7億元。據中商產業研究院數據預測，2019年我國掃地機器人銷售量將達530萬臺，銷售額將近74億元；2017-2019年，國內掃地機器人銷售量增速將超過15%。由于國內掃地機器人行業起步較晚，滲透率尚處于較低水平（沿海城市5%，內陸城市滲透率僅為0.4%，遠低于美國的16%），未來國內市場增長空間巨大。
國內掃地機器人市場規模及銷量
數據來源：觀研天下，華夏幸福產業研究院整理
國內市場廣闊，但同時競爭異常激烈。國內外掃地機器人品牌眾多，2017年，在天貓線上平臺銷售的掃地機器人品牌達 160 多個，包括科沃斯、iRobot、石頭、戴森、海爾、小狗、浦桑尼克、福瑪特、美的等。
世界是iRobot的，中國是科沃斯的
說到掃地機器人，就不得不說iRobot。1990年，MIT機器人專家Colin Angle、Helen Greiner和Rodney Brooks共同創立了iRobot，起初研發軍用機器人，通過在硬件設計、傳感器等方面的先進技術積累，目前在全球已有超過1000多項專利。2002年，iRobot推出了Roomba系列掃地機器人，開啟了“邊刷+滾刷+吸塵口”三段式清掃結構時代。到目前為止，iRobot已在全球范圍內售出了2500多萬臺，成為全球高端市場的絕對龍頭。2017年，iRobot掃地機器人全球高端市場占比62%，北美市場80%以上，歐洲市場70%，亞洲市場相對較小。
全球掃地機器人市場格局
數據來源：Gfk、太平洋研究院
而在中國，說到掃地機器人，大家首先想到的是科沃斯。科沃斯創建于1998年3月，從代工起家，為眾多國際知名品牌生產、加工成型的清潔類小家電產品。而就是這么一家代工企業，經過20年的技術沉淀，已于2018年5月登陸上證所主板，成為全球知名的家庭服務機器人制造商之一。按3月27日收盤價，科沃斯總市值238億元，公司2017年營業收入45.5億元，2018年前三季度營業收入37.5億，同比增長28.2%。從線上和線下兩種渠道來看，科沃斯市場份額幾乎占據國內的半壁江山，是中國絕對的掃地機器人龍頭企業。2018“雙11”狂歡節，科沃斯機器人全渠道成交額超7億元，同比增長超35%，線上市場份額為51.4%，剩余份額被iRobot、小米、石頭等品牌瓜分。
2015-2017年科沃斯掃地機器人在國內線上線下渠道市場份額
數據來源：北京中怡康時代市場研究有限公司
2018年“雙11”掃地機器人線上市場份額占比
數據來源：廣證恒生，華夏幸福產業研究院整理
iRobot的Roomba系列、科沃斯的地寶系列分別是兩家龍頭企業的主營產品，引領著掃地機器人的技術潮流。
iRobot重點選擇VSLAM路線，在地圖繪制和導航、人機交互以及物理解決方案等領域的技術開發上都走在最前端。2018年9月發布的Roomba i7+，具備進階版三重高效清潔系統、Imprint智能規劃功能以及Clean Base自動集塵充電座三大特點，被美國《時代》雜志評選為“2018年度最佳發明”之一。該產品3月份進入中國市場。
科沃斯布局了SLAM和VSLAM，Smart Move技術（路徑規劃技術）是其全線掃地機器人產品由隨機式向規劃式過渡的核心技術，掃地機器人產品都向著規劃式轉型，這也促使掃地機器人行業整體轉向規劃式產品研發。2018年5月上市的DN55升級到了Smart Navi 2.0，通過激光雷達測距傳感器完成室內布局信息獲取，也可以通過連接ECOVACS HOME APP來實現實時建圖。
iRobot和科沃斯新款掃地機器人參數比較
數據來源：iRobot，科沃斯，天貓
適合自己的才是最好的
質量安全問題依然是亟待解決的難題。2017年，國家質檢總局對江蘇、浙江、湖北、湖南、廣東等5個省19家企業生產的19批次吸塵器（掃地機器人）產品進行了質量抽查，包括產品的對觸及帶電部件的防護、輸入功率和電流、發熱、工作溫度下的泄漏電流和電氣強度、耐潮濕、泄漏電流和電氣強等16個項目。結果發現有3批次產品不符合標準規定，不合格率達15.8%。
潔凈能力一直是掃地機器人最重要的衡量指標。2018年4月，中國消費者協會對市場上銷售的二十款掃地機器人產品開展了比較試驗。結果表明，各品牌掃地機器人在表中7項關鍵指標上各有優劣。掃地機器人的價格和性能并不成正比。消費者可以根據室內環境和污染物類型等來選取合適的掃地機器人，并非價格越高的產品效果就更好。
20款掃地機器人比較試驗結果一覽表
資料來源：中消協，華夏幸福產業研究院整理
