家用電器機器人化概念和形態分析及其標準創新的思考

陳 林 錢 峰

（廣東美的制冷設備有限公司 佛山 528311）

1 機器人分類與定義

機器人分類在國際上、其他國家和我國不同標準化組織和學者間有著不同的看法，比較廣泛的觀點是國際機器人聯合會（IFR）的分類方式，按用途大體分為工業機器人和服務機器人，服務機器人又分為個人/家庭服務機器人和特種服務機器人。中國機器人標準化白皮書在服務機器人類目下多劃分出一個公共服務機器人分類，從而構成了中國國家機器人標準體系[1]和GB/T 39405-2020《機器人分類》[2]中的四類機器人整機：工業機器人、個人/家用服務機器人、公共服務機器人、特種機器人（如圖1）。

圖1 機器人分類

機器人的定義也存在著諸多版本，ISO/TC 299將機器人的定義如下：“具有兩個或兩個以上可編程的軸，以及一定程度的自主能力，可在其環境內運動以執行預期任務的執行機構。”對于軸的限制在家用和類似用途領域顯然有一定的局限性，因此最新的中國國家標準GB/T 41431-2022《家用和類似用途服務機器人 術語和分類》改寫了這個定義，去掉了“具有兩個或兩個以上可編程的軸”的限制。該標準同時定義了“家用和類似用途服務機器人”為“在家庭和類似環境中運行并執行預期任務，一般由非專業人士使用的服務機器人”，這與GB/T 39405-2020中“個人/家用服務機器人”的定義“在家居環境或類似環境下使用的，以滿足使用者生活需求為目的的服務機器人”幾近一致，可以得出二者涵義和包含的品類相同，可繼續分為“家政機器人、教育娛樂機器人等”。

那么本文討論的家用電器為何與機器人產生關系，顯然兩者目前已經產生了交叉。

2 個人/家庭服務機器人與家用電器機器人化的交叉

2.1 技術交叉

家用電器主要是在家庭及類似場所使用的各種電器或電子設備。傳統家電其技術自成體系，主要依賴電機、電熱元件、壓縮機、控制器等部件實現簡單易用、高效穩定、特定基礎勞動的替代功能。近十年來智能家電技術廣泛發展，以機器視覺、語音交互、深度學習為代表的AI人工智能技術，以IOT、5G為代表的通信技術，以射頻識別、激光雷達、傳感器、毫米波雷達為代表的感知技術迅速武裝到各類家電產品上，使得家電物聯網成為可能，而這些技術正是為了實現“一定程度的自主能力、可編程、以執行預期任務”，完全屬于機器人技術。機器人技術在家電領域的不斷延展和應用，催生了家用電器機器人化產品的誕生和演化，讓家電有了耳朵、眼睛，有了感知，有了理解場景的能力，從而能夠讓家電為不同的用戶提供高度個性化的服務，可以實現更大范圍的代人勞動、互助交互乃至人機交流。這種技術上的融合和交叉，已經讓家用電器不僅僅用智能來形容，而呈現出更為明顯的“機器人化”特征。

2.2 使用范圍和功能趨同

家用電器產品在家庭中使用，普遍的功能是實現特定基礎勞動的替代。而個人/家庭服務機器人（或稱家用和類似用途服務機器人）是在家居環境或類似環境下由非專業人士使用，目的是滿足使用者生活需求。很顯然，兩者具有趨同性。隨著家用電器產品的需求升級并成為市場發展的主流，這種趨同性愈加明顯。

例如：掃地機器人產品，作為典型的家用電器產品，其又符合家用和類似用途服務機器人的全部特征；洗衣機器人、炒菜機器人、煮飯機器人均已在市場上出現并從細分領域兼具家用電器和家用服務機器人的典型功能。

這種功能上的趨同為家用電器向機器人化發展打通了直接的通道，并為家用電器產品進一步的功能升級提供了方向。這種趨勢正在被市場廣泛接受，并成為新的消費增長點。據深圳市人工智能行業協會發布的《2021年中國家庭服務機器人行業研究報告》顯示，2013年中國家庭服務機器人行業市場規模僅9.6億元，到2020年這一數據達到114.6億元，復合年增長率高達42.5 %。該協會預計2023年中國家庭服務機器人行業市場規模有望超過180億元。

2.3 歸屬結論

家用和類似用途機器人和家用電器，由于使用場景、服務對象和實現功能的趨同，其安全性要求是一致的，所涵蓋的安全要素均為電氣、機械、熱與火災、輻射、網絡與信息安全等。兩者的性能要求也是相近的，所涵蓋的性能要素均有實用性、舒適性、便捷性、可靠性等。

在此基礎上，有觀點認為，家用和類似用途服務機器人與已經被廣泛使用的家用電器的概念，在使用范圍和適用人群上幾乎完全一致[3]，家用和類似用途服務機器人從另一角度來說，就是應用了機器人技術的、機器人化的家用電器，這就是家用電器機器人化的直白內涵。

因此，筆者認為：家用電器機器人化產品=家用和類似用途服務機器人=個人/家庭服務機器人，三者先后演進關系如圖2。前者和后兩者只是市場研發演進的主體和方向可能有不同，家用電器機器人化大多是由家用電器廠商主導，由家電向機器人方向研發演進，而家用和類似用途服務機器人（或稱個人/家用服務機器人），可能是由機器人廠商主導，由服務機器人向家電方向擴展。

圖2 家用電器機器人化概念的演進

3 家用電器機器人化的具體形態

3.1 “萬種”家用電器皆可機器人化

家用電器機器人化的形態沒有固定的模式，沒有像工業機器人以機械臂為典型代表，也不一定有公共服務機器人呈現的擬人化形態，而是在家用電器原本的形態或創新的各類形態基礎上進行功能和技術的進化或組合，“萬種”家用電器皆可機器人化。

以美的煮飯機器人為例，如圖3所示，其形態與傳統電飯煲沒有太大的差異，依然為大小近似的立方體，但是革命性的獨創了旋風負壓吸米技術和自動化機構，增加了米倉和水倉設計，實現自動加米、紅外識別AI控制米水比、氣泡洗米、排水管旋風負壓吸米、高溫洗鍋，從而將傳統煮飯前的淘米、加水和飯后的清洗等環節進一步實現機器人替代，重新定義了機器人煮飯全流程，是名副其實的家用電器機器人化產品。

圖3 煮飯機器人和疊衣機器人

再以多次出現在國際消費電子展上的疊衣機器人為例，其形態與衣柜類似，通過傳感器分析不同衣物，依靠學習能力的積累找到最合適的折疊方式，再通過機械裝置或機械臂實現隨機形態衣服的疊放和整理，完美實現了洗烘衣物之后的疊衣動作機器人替代，相信未來會吸引非常多疊衣困難人群的矚目。

3.2 家用移物平臺機器人

移物平臺也是一類家用電器機器人化的代表，其原型來自于掃地機器人，如圖4所示，當人們發現掃地機器人的可移動屬性可以移植到其他家電之后，可移動空氣凈化器、可移動空調、可移動冰箱、可移動茶吧等等可移動機器人隨之而來，并有可能發展成為不同場景之間的遞物紐帶，如廚房和餐廳之間的餐盤傳遞、浴室和洗衣間之間的衣物傳遞等等。

圖4 可移動冰箱機器人

3.3 集成化家庭管家機器人

那么家電機器人化是否需要一個類似家庭管家之類的角色呢？筆者認為，集成化家庭管家機器人也是一類家電機器人化發展的方向，如圖5所示。家庭管家一方面可以實現全屋家用電器機器人的互聯互通，并可以集中進行與人溝通交流，分散傳達指令；另外一方面家庭管家可以利用仿生學的構造模擬人的開關門、夾取物、移動傳遞等動作，從而實現代人勞動。當然家庭管家是否最終成為市場主流也取決于家電企業研發的力度和家庭的實際需求，無論是集中溝通指令功能，抑或是仿生構造功能，也均可以分散到不同的家用電器機器人化產品上，通過家用電器機器人化生態圈來實現。

圖5 集成化的家庭管家機器人

4 家用電器機器人化的標準化創新和進展

目前，國內外針對家用和類似用途服務機器人的標準化工作正在加速發展中，出現了一批針對不同類型產品性能和安全的國際和國內標準。

國際標準中，ISO 13482：2014《機器人與機器人裝備 個人助理機器人的安全要求》[4]是服務機器人領域較重要的安全國際標準，其附錄A提出了85項重大危險項，分析了危險后果，并對應在正文中逐條提出了安全要求判定條款，對其他服務機器人安全標準具有重要的參考意義。ISO 18646-1～ ISO 18646-4《機器人 服務機器人性能規范及其試驗方法》系列標準分別從輪式機器人運動、導航、操作和下背部支撐機器人的相關性能提出了針對性的要求和試驗方法。IEC 62849:2016《家用移動機器人性能評估方法》則針對掃地機器人等家用移動機器人相關性能給出了試驗方法。以上標準均已等同轉化為中國國家標準。

除了等同采用以上國際標準之外，中國自主制定了多項服務機器人國標，具體有：GB/T 38260-2019《服務機器人功能安全評估》、GB/T 39785-2021《服務機器人 機械安全評估與測試方法》、GB/T 40013-2021《服務機器人 電氣安全要求及測試方法》、GB/T 38124-2019《服務機器人性能測試方法》、GB/T 33261-2016《服務機器人模塊化設計總則》、GB/T 37283-2019《服務機器人 電磁兼容 通用標準 抗擾度要求和限值》、GB/T 37284-2019《服務機器人 電磁兼容 通用標準 發射要求和限值》等，分別從服務機器人的安全、性能、模塊化、電磁兼容等角度提出相關要求。

進一步聚焦到家用和類似用途服務機器人領域，GB/T 41431-2022《家用和類似用途服務機器人 術語和分類》、GB/T 41433-2022《家用和類似用途服務機器人 消費者指導》和已報批的《家用和類似用途服務機器人安全通用要求》三份國標，是專門針對家用和類似用途服務機器人提出的細化要求，尤其是《家用和類似用途服務機器人安全通用要求》，在IEC 60335和GB 4706系列標準結構基礎上，將家用電器機器人化產品涉及到的風險集中歸納為電擊、著火及燙傷、機械、移動、非正常操作、環境因素、有害物質和輻射等方面，并在此基礎上著重提出GB 4706系列標準未涉及的相關安全風險因素及其對應要求。這對于家用電器機器人化產品的安全和性能要求擴增非常重要，有助于家電廠商繼承原有家用電器領域的安規要求和設計，有目標地新增機器人化安全要求。

除此之外，中國標準化協會發布了T/CAS 576—2022《家用電器機器人化設計導則》[5]團體標準，創新性地在標準中首次提及“家用電器機器人化”概念并給出解析，即“家用電器采用智能化系統和一般工具或執行器，在其現有功能之外，使其具有機器人的結構（或類似功能結構）和一定程度的自主能力，以減少家用電器使用過程的人力投入，改善用戶使用體驗，并執行預期任務，與環境交互的演化過程。”這對家電市場上廣泛出現的“XX機器人”給出了統一的宣稱規范。標準還將家用電器機器人化產品從感知、決策、執行和交互四個子系統分別的技術要求進行分析，將家電機器人化的技術應用劃分五個階段進行引導，提出了家電向機器人化演進的設計路徑，以規范家電機器人化發展的方向，為技術研發人員提供技術應用引導，維護消費者利益，促進行業技術的發展。

5 結束語

家用電器機器人化進程已加速來臨，如何認識機器人化家用電器與傳統電器的不同，如何分析從家電發展而來的機器人化產品與其他機器人的關系，在此基礎上明確家電機器人化的概念和內涵，并從標準化的角度提出家電機器人化應遵循的規則和新增的要求，從而找出家電機器人化規劃、設計、發展的最優路徑，需要業界進一步開展創新性研究。