機器人4.0白皮書：雲-邊（biān）-端融（róng）合的機器人係統和架構（gòu）
2019-7-3 來源：-- 作者：--
數字經（jīng）濟的基礎設施和發展趨勢
近年來，數（shù）字經濟正在席卷全球，全球經濟向數字經濟遷移（yí）已經勢在必（bì）然，數字經濟已經成（chéng）為國家的核心競爭力。據上海社科（kē）院測（cè）算（suàn），2016 年到 2018 年，中國數字經濟對 GDP 增長的貢獻率分（fèn）別達到了74.07%、57.50%和 60.00%。預計 2019 年中國數（shù）字經濟增長仍將占到62.50%。
數（shù）據成為驅動經濟增長的核心生產要素。大數據和雲（yún）計算等技（jì）術的融合，推動了物聯網的迅（xùn）速發展，實現（xiàn）了人與人、人與物、物與物的互聯互通（tōng），導致數據量呈現爆發式增長。數據如同農業（yè）時代的土地、勞動力，工業時代的技（jì）術、資本一樣，已成為數字經濟時代的生產要素，而且是核心的生產要素。數字技術出現後（hòu），網絡（luò）和雲計（jì）算成為必（bì）要的信（xìn）息（xī）基礎設施。隨著數字經濟的發展，數字基礎設施的概念更廣泛，既包括了（le）信息基（jī）礎（chǔ）設施，也包括了（le）對物理基礎設施的數字化改造。
近年來，移動互（hù）聯網、大（dà）數據、雲計算、物（wù）聯網、人工智能等信息技術的突破（pò）和融合（hé）發展促進（jìn）了數字經濟的快速發展。數字經濟驅動未來，數字（zì）經濟成為經濟社會發展的主導力量。作為硬（yìng）科技代表的機器人（rén）行業，將利用數字經濟中的技（jì）術紅利加速機器人的落地。人工智能、5G 通訊、計算的模式等都對機器人領域有著潛在（zài）而巨大的貢獻。
機器人技（jì）術發展主要階（jiē）段分析
2017年，中國信息（xī）通信研（yán）究院、IDC 國際數據集團和英特爾共同發布了《人（rén）工智能時代的機器人 3.0 新生態》白皮書，其中把機器人的發展曆程劃分為三個時代，分別稱之為機器人1.0、機器人 2.0、機器人（rén） 3.0。
機器人 1.0（1960-2000），機器人對外界環境沒有感知，隻（zhī）能單純複現人類的示教動作，在製造業（yè）領域（yù）替代工人進行機械性（xìng）的重複體力勞動。機器人 2.0（2000-2015），通過傳感器和數字技術的應用構建起機器人的感（gǎn）覺能力，並（bìng）模擬部分人類功能，不但（dàn）促（cù）進了機器人在工業領域的成熟應用，也逐步開始向商業（yè）領域（yù）拓展應用。機（jī）器人 3.0（2015-），伴隨著感知、計算、控製等技術（shù）的迭代升級和圖像識別、自然語音處理、深度認知學習等新型數（shù）字技術在機器人領域的深入應（yīng）用，機器（qì）人領域的（de）服（fú）務化趨勢日益明顯，逐漸（jiàn）滲透到社會生產生（shēng）活的每一個角落。在機器人 2.0 的基礎上，機器人 3.0 實現從感知到認知、推理、決策的智能化進階。
應用領域分析（xī）和大規模商用的難點
當前，全球機器人市場規模持續擴大，工業機器人市場（chǎng）增速穩定，服務機器（qì）人（rén）增速突出。2018 年，全球機器人市場規模達 298.2 億美（měi）元，2013-2018 年的平（píng）均增長率約（yuē）為 15.1%。在裝（zhuāng）備製造領（lǐng）域，機（jī）械臂憑借強大的負重能力和精準的抓取（qǔ）操作（zuò）代替著工人（rén）的雙手；在（zài）物（wù）流領域，智能倉儲機器人和無人（rén）搬運車（chē）不斷提高（gāo）著運輸效率；在（zài）生活服務領域，家用清潔機器人和（hé）服務機器人正成為許多家庭的私人保姆和小秘書。
工業製（zhì）造領域分（fèn）析
目前，工業機器人在汽（qì）車、金屬製品（pǐn）、電子、橡膠及塑料等行業已經得到了廣泛的應用。隨著性能的不斷提升，以及各種應用場景的不斷清晰（xī），2013 年以來，工業機器人的市場規模正以年均 12.1%的（de）速度快速增長，預（yù）計到 2020 年將達（dá）到 230 億美元的（de）銷售額[4]。隨著人力成本（běn）的上升，工業製造領域（yù）的應用前（qián）景良好，將會保持快速增長的勢頭。同時，工業機器人需要（yào）擁有更高的靈活性、更強的自主避障和快速配置的（de）能力，提高整（zhěng）體（tǐ）產品的易用性和穩定性。
消費服務領域分析（xī）
服務機（jī）器人雖然整體銷售額低於工業機器人，但（dàn）近幾年一直維（wéi）持著較高的年增長率，商用服務機器人（rén）在商場、銀（yín）行、酒店、機場等應用場景有了更多的落（luò）地部署，主要提供導覽、問（wèn）詢、送物等基礎服務。同時，家用服務機器人悄然進入（rù）千家（jiā）萬戶，掃（sǎo）地機器人銷量在家用服（fú）務機器人銷量中占主要份額，成為目前家務機器人中的主導品類。由（yóu）於本體能力不足，隱私、安（ān）全方（fāng）麵的問題，家庭管（guǎn）家機器人和（hé）陪（péi）伴型機器人的市場滲透率較低。2013 年以來全球服務機器人市場規模年均增速達 23.5%，預計 2020 年將快速增長至 156.9 億美元。從整個技術發展和市（shì）場環境看，機器人（rén）產業擁有以下發展推力：
成熟的生態係統
老齡化人口趨勢和新興（xìng）市場
更多智能產品互聯和智（zhì）能家庭建設（shè）
人工智能、自（zì）然語（yǔ）言理解能力的增強
大規模商用的難點
在以（yǐ）上幾點的助推下（xià），機器人產業會繼（jì）續快速發展，但要達到大規模商用，還（hái）有很多難點需要解決。首先，機器人目前的能力不能滿足用戶期望，缺少關鍵場景。得益於人工智能（néng）帶來的紅利，近年來機器人感知能力提升明（míng）顯，可以通過視覺進行人臉識別，做語音交互。但是要真正替代人類的勞動時間，做一些實際工作，機（jī）器人除了要具備感知能力，還要能夠理解和決策。機器人需要有記憶、場景理解的能力，擁有（yǒu）知識，才（cái）能夠優化決策，自主實施工作，並進行個性化演進。目前的機器人依然缺少令人矚目和必不可少的應用場景，大部分人對於在（zài）家中擁有一（yī）個機器人沒有很高的興趣。在機器人（rén）提高自身能力，完成特定和複雜問題之前，這一比例將維持低水平（píng）。
其次，價格高，不成規模。傳感器和硬件的價格一直在下降，但（dàn）是機器人的價格依然很高，不能被廣泛的市場用戶接受，沒有（yǒu）形成市場規模。掃地機器（qì）人由於較低（dī）的價格，目前（qián）快速（sù）的進入大（dà）眾家庭。但是對於大多數類別的機器人，特別是具有更強功能、高精（jīng）度移（yí）動底盤、機（jī）械臂的機器人，價格依然是一個痛點。
第三，隱私、安全和數據（jù）保護問題亟待解決。隨著機器人的應用領（lǐng）域越來（lái）越廣泛，其物理安全和用戶的數據安全問題更加凸顯。在與機器人的交互過程中，機器人會（huì）不斷收集用戶的圖像、語音、行動數據進行導航和決策，這些數據有的在本地處理，有的在雲端處理，人們對這些數據的安全抱有疑慮（lǜ）。對於能夠自由移動的服務機器人和擁有機械臂的工業機器人，保證機器人自身的（de）物理安全，不被（bèi）惡意攻（gōng）擊，避免造成人身傷（shāng）害也（yě）至關重（chóng）要
機器（qì）人 4.0 的定義和發展機（jī）會
機器人（rén） 3.0 預計將（jiāng）在 2020 年完成，在此之後，機器（qì）人將進入 4.0 時代，把雲（yún）端大腦分布在從（cóng）雲到（dào）端（duān）的各個地方，充分利用邊緣計算去提供更高性價比的服務，把要完成任務的記憶場景的知識和常識很好的組合（hé）起來，實現規模化部署。機器人除了具有感知（zhī）能力實現智能協作（zuò），還具有理解（jiě）和決策的能力，達到自主的服務。在某些不確定的情況下，它需（xū）要叫遠程的人進行（háng）增強，或者做一些決策輔助，但是它在 90%，甚至 95%的情況可以自主（zhǔ）完成（chéng）任務。
要達到（dào）這一目標，首先需要利用人工（gōng）智能和 5G 技術。利用人工智能技術提高機器人本（běn）體感知能力的同時，提升個性化自然交互能力。利用 5G 技術，大大縮短從終端到接入網的時間，帶寬大幅度上升，很多東西可以放到邊緣端，加入更多的計算能力，包括雲端大腦的一些擴展，助力機器人規模化部署。
類似互聯網的三級火箭發展模式，第一階段——關鍵場（chǎng）景，把（bǎ）握垂直應用，提高場景、任務、能力的（de）匹（pǐ）配，提高機器人在關鍵應用場景的能力，擴（kuò）大用戶基礎；第二階段（duàn）——人（rén）工增強，通過加入持續學習和場景自適應的能力，延伸服務能（néng）力，取代部分人力，逐步實現（xiàn）對人的替代，讓機器（qì）人的能力滿足用戶預期；第三階段（duàn）——規模（mó）化，通過雲-邊-端融合的機器人係統（tǒng）和架構，讓機器人（rén）達到數百萬千萬級水平，從而降低價格（gé）成本，實現大規模商用。
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