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专利情报

2020-09-01

来源:帮专网

专利情报第三十四期---扫地机器人的市场与专利分析

随着人们生活水平的提高,健康、舒适的家居环境越来越被更多的人所关注,智能家电成为现代家居领域的热点产品。扫地机器人是一种自动进行房间地面清洁的自动扫地机器人,至今出道已有二十多年。早期的扫地机器人工作时经常在屋里撞来撞去,效率不是很高,看起来也笨笨的,如今计算机技术与人工智能科学的飞速发展带动扫地机器人更新迭代,传感技术、智能控制技术、路径规划技术的进步使得扫地机器人变得更加聪明,不仅能规划清扫路线,提高清扫效率,还可以通过手机软件远程进行房屋清洁。

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图1 扫地机器人

一、技术解析

扫地机器人类似于一台行走的吸尘器,由移动机构、清洁系统、感知系统和控制系统组成。移动机构主要由驱动轮和驱动电机组成,保证机器人能够在地板、地毯内移动,并能跨越地面凸起的障碍。清洁系统包括清扫刷、吸风口、驱动电机、尘盒、水箱等部件,能够在机器移动的过程中采用刷扫和真空吸尘的方式,将地面杂物吸入机体内部的尘盒,带有水箱的扫地机器人还可以擦洗地板,从而完成地面清洁的工作。感知系统一般采用超声波测距技术、激光导航系统、红外线传感技术或视觉导航技术等,实现扫地机器人在清洁过程中的自动导航,可以侦测墙壁、门、沙发等障碍物,如果碰到墙壁或其他障碍物会自行转弯,从而减少碰撞率,提高清扫覆盖率

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图2 扫地机器人原理图

不同扫地机器人品牌具有各自的研发特点,但对于所有扫地机器人而言,关键技术主要表现在清扫能力和路径规划算法方面。

扫地机器人清扫能力主要由吸力和清扫系统来体现,各大扫地机器人品牌都有各自的独门绝技,如iRobot采用独有的对夹式双滚刷,专门针对长毛地毯设计,Neato主打超长滚刷和大吸力电机。

扫地机器人路径规划算法关系着机器人的清扫覆盖率和效率,它可以分两种——随机式清扫和规划式清扫。以往的扫地机器人大多数采用随机式清扫算法,近几年随着AI技术的成熟,越来越多扫地机器人开发了规划式清扫算法。扫地机器人的工作环境往往是不确定的或多变的,如果扫地机器人用户觉得扫地机器人在同一个地方反复扫,总有些地方没有被清扫到,说明他们的扫地机器人使用的是随机式清扫算法,清扫效果主要靠清扫时间堆砌。规划式扫地机器人利用导航定位系统构建环境地图,规划清扫线路,并在清扫的过程中更新定位,保证清扫路线不跑偏,从而降低了清扫重复率和提高了清扫效率。规划式扫地机器人的关键技术是定位技术,目前市面上的扫地机器人定位方法有陀螺仪定位、激光定位和视频图像偏移定位技术。扫地机器人的算法和机械结构对生产厂家的专业技术能力要求比较高。目前发展较快、对扫地机器人发展影响较大的关键技术有传感技术、智能控制技术、路径规划技术、扫地技术、电源技术等。

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       图3 无规划清扫路线                    图4 全屋规划清扫路线           

二、市场分析

扫地机器人凭借全自动高频清扫,以及对床下、桌下等清扫死角的覆盖能力极大程度解放了消费者的家庭打扫负担,在“懒人化”消费逐渐兴起的今天,具备极强的刚需属性,我国扫地机器人市场近年来保持高速发展。在京东商城搜索“扫地机器人”,得到销量排行靠前的扫地机器人产品,各款产品信息如表1所示。

表1 京东销量靠前的扫地机器人产品信息

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图5 京东销量领先的扫地机器人产品

销量排行前十的扫地机器人品牌集中在科沃斯、小米、石头3个品牌,其中有6款科沃斯产品,产品价格主要位于1500元至5000元之间,价位中等;有3款小米产品,产品价格主要位于900元至1600元之间,价位较低,但单款产品的累积销量高。除了这3个品牌,销量较好的扫地机器人还有iRobot、浦桑尼克(Proscenic)、由利(Uoni)、360、美的、松下等品牌。

目前扫地机器人产品功能大同小异,大多数产品都能够识别房间并自动分区,指定房间清扫,设定清扫禁区,并且采用扫吸拖一体的清扫模式。不同品牌之间的差别主要在于其采用导航技术,例如小米扫地机器人使用激光导航、视觉导航或激光+视觉融合导航等导航技术,科沃斯扫地机器人采用结构光和3D成像算法探测障碍物。

从随机清扫到激光导航,扫地机器人不断进行技术升级革命,人工智能技术的成熟使得扫地机器人向着“视觉导航”、“自我感知”、“主动服务”等方面突破,在规划和算法上不断升级。要想在未来市场上招徕更多消费者,生产企业需要将扫地机器人变得更加智能化、新鲜化、时尚化。

三、专利分析

对扫地机器人的专利进行分析可以了解产品的技术分布和市场分布、预判行业的技术热点与空白。下文将对扫地机器人进行简要的专利技术分析,利用patsnap专利数据库对扫地机器人专利进行检索,检索范围为2020年7月30日前在我国范围内公开的扫地机器人专利数据,共检索到专利申请4036件。其中的专利类型如图6所示,发明有1855件,占比超过一半,实用新型为1402件,占比38%,外观设计有402件,占比11%,这表明扫地机器人领域对技术实力和创新能力要求较高。

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图6 中国扫地机器人专利类型

扫地机器人起源于欧美市场,在二十多年前进入中国,对2001年至今以来的扫地机器人申请量进行分析,结果如图7所示。

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图7 中国扫地机器人专利申请趋势

由图7可见,扫地机器人在我国的专利申请大致可以分为三个阶段:

第一阶段(2001年至2008年):在这一阶段,扫地机器人年的申请量为个位数,此时国内对扫地机器人的研究刚刚起步,处于萌芽阶段;

第二阶段(2009年至2014年):在这一阶段,扫地机器人专利的年申请量突破个位数,以每年增加几十件的速度缓慢增长;

第三阶段(2014年至至今):在这一阶段,扫地机器人的专利申请以几何指数的速度增加,2018年的专利申请量达到804件,预计未来还降继续上涨。随着扫地机器人相关技术的成熟以及人们对生活品质要求的提高,扫地机器人逐渐进入人们的日常生活,扫地机器人处于发展的迅猛阶段。

对我国扫地机器人专利的主要申请人进行统计分析,如图8所示。在我国,扫地机器人专利的前五位主要申请人依次为科沃斯机器人股份有限公司(287件)、深圳市银星智能科技股份有限公司(210件)、北京石头世纪科技股份有限公司(155件)、美国iRobot公司(146件)、小米科技有限责任公司(81件)。在这些专利申请人中,科沃斯、石头、iRobot、小米等公司不仅专利数量位居前列,在消费市场上也备受欢迎,可见在扫地机器人领域,品牌技术实力与产品销量之间存在较大的正相关性,要想在扫地机器人市场上占据一席之地,就必须具备强大的技术实力。

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图8 中国扫地机器人专利的主要申请人

图9为扫地机器人专利的IPC分类排名,由图可见,扫地机器人在机械零部件方面、导航定位方面的专利申请量较多,这表明扫地机器人的技术创新主要集中在机械结构优化和导航定位。

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图9 中国扫地机器人专利的IPC分类排名

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表2 IPC分类号解释(单位:件)

在二十多年间,我国的扫地机器人专利的年申请量由个位数增长至数百件,扫地机器人产品不断进行着技术升级。在AI技术的加持下,扫地机器人的智能化程度、用户体验度不断提升。与此同时,我国吸尘器市场发展潜力巨大,吸引了飞利浦、海尔等众多传统家电品牌“半路出家”,连以手机、数码产品“出道”的小米也来掺和一脚。随着激光导航等智能技术的成熟,产品之间的差异化将越来越小,产品价格也将逐渐降低,在这样的行业发展趋势下,各企业亟需通过技术升级、技术创新开发差异化产品,一方面应规避现有市场在先占有者的知识产权布局,消除或者降低侵权风险,另一方面打造自身的创新技术方案,避免行业同质化竞争,在激烈的市场竞争中抢占优势地位。

 

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