家用電器機(jī)器人化概念和形態(tài)分析及其標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新的思考

陳 林 錢 峰

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司 佛山 528311）

1 機(jī)器人分類與定義

機(jī)器人分類在國(guó)際上、其他國(guó)家和我國(guó)不同標(biāo)準(zhǔn)化組織和學(xué)者間有著不同的看法，比較廣泛的觀點(diǎn)是國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的分類方式，按用途大體分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人又分為個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人和特種服務(wù)機(jī)器人。中國(guó)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化白皮書(shū)在服務(wù)機(jī)器人類目下多劃分出一個(gè)公共服務(wù)機(jī)器人分類，從而構(gòu)成了中國(guó)國(guó)家機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系[1]和GB/T 39405-2020《機(jī)器人分類》[2]中的四類機(jī)器人整機(jī)：工業(yè)機(jī)器人、個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人、公共服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人（如圖1）。

圖1 機(jī)器人分類

機(jī)器人的定義也存在著諸多版本，ISO/TC 299將機(jī)器人的定義如下：“具有兩個(gè)或兩個(gè)以上可編程的軸，以及一定程度的自主能力，可在其環(huán)境內(nèi)運(yùn)動(dòng)以執(zhí)行預(yù)期任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。”對(duì)于軸的限制在家用和類似用途領(lǐng)域顯然有一定的局限性，因此最新的中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 41431-2022《家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人 術(shù)語(yǔ)和分類》改寫了這個(gè)定義，去掉了“具有兩個(gè)或兩個(gè)以上可編程的軸”的限制。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)定義了“家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人”為“在家庭和類似環(huán)境中運(yùn)行并執(zhí)行預(yù)期任務(wù)，一般由非專業(yè)人士使用的服務(wù)機(jī)器人”，這與GB/T 39405-2020中“個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人”的定義“在家居環(huán)境或類似環(huán)境下使用的，以滿足使用者生活需求為目的的服務(wù)機(jī)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(xù)分為“家政機(jī)器人、教育娛樂(lè)機(jī)器人等”。

那么本文討論的家用電器為何與機(jī)器人產(chǎn)生關(guān)系，顯然兩者目前已經(jīng)產(chǎn)生了交叉。

2 個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人與家用電器機(jī)器人化的交叉

2.1 技術(shù)交叉

家用電器主要是在家庭及類似場(chǎng)所使用的各種電器或電子設(shè)備。傳統(tǒng)家電其技術(shù)自成體系，主要依賴電機(jī)、電熱元件、壓縮機(jī)、控制器等部件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單易用、高效穩(wěn)定、特定基礎(chǔ)勞動(dòng)的替代功能。近十年來(lái)智能家電技術(shù)廣泛發(fā)展，以機(jī)器視覺(jué)、語(yǔ)音交互、深度學(xué)習(xí)為代表的AI人工智能技術(shù)，以IOT、5G為代表的通信技術(shù)，以射頻識(shí)別、激光雷達(dá)、傳感器、毫米波雷達(dá)為代表的感知技術(shù)迅速武裝到各類家電產(chǎn)品上，使得家電物聯(lián)網(wǎng)成為可能，而這些技術(shù)正是為了實(shí)現(xiàn)“一定程度的自主能力、可編程、以執(zhí)行預(yù)期任務(wù)”，完全屬于機(jī)器人技術(shù)。機(jī)器人技術(shù)在家電領(lǐng)域的不斷延展和應(yīng)用，催生了家用電器機(jī)器人化產(chǎn)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(chǎng)景的能力，從而能夠讓家電為不同的用戶提供高度個(gè)性化的服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的代人勞動(dòng)、互助交互乃至人機(jī)交流。這種技術(shù)上的融合和交叉，已經(jīng)讓家用電器不僅僅用智能來(lái)形容，而呈現(xiàn)出更為明顯的“機(jī)器人化”特征。

2.2 使用范圍和功能趨同

家用電器產(chǎn)品在家庭中使用，普遍的功能是實(shí)現(xiàn)特定基礎(chǔ)勞動(dòng)的替代。而個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人（或稱家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人）是在家居環(huán)境或類似環(huán)境下由非專業(yè)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(chǎn)品的需求升級(jí)并成為市場(chǎng)發(fā)展的主流，這種趨同性愈加明顯。

例如：掃地機(jī)器人產(chǎn)品，作為典型的家用電器產(chǎn)品，其又符合家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人的全部特征；洗衣機(jī)器人、炒菜機(jī)器人、煮飯機(jī)器人均已在市場(chǎng)上出現(xiàn)并從細(xì)分領(lǐng)域兼具家用電器和家用服務(wù)機(jī)器人的典型功能。

這種功能上的趨同為家用電器向機(jī)器人化發(fā)展打通了直接的通道，并為家用電器產(chǎn)品進(jìn)一步的功能升級(jí)提供了方向。這種趨勢(shì)正在被市場(chǎng)廣泛接受，并成為新的消費(fèi)增長(zhǎng)點(diǎn)。據(jù)深圳市人工智能行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的《2021年中國(guó)家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)研究報(bào)告》顯示，2013年中國(guó)家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模僅9.6億元，到2020年這一數(shù)據(jù)達(dá)到114.6億元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)42.5 %。該協(xié)會(huì)預(yù)計(jì)2023年中國(guó)家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模有望超過(guò)180億元。

2.3 歸屬結(jié)論

家用和類似用途機(jī)器人和家用電器，由于使用場(chǎng)景、服務(wù)對(duì)象和實(shí)現(xiàn)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(jī)械、熱與火災(zāi)、輻射、網(wǎng)絡(luò)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(shí)用性、舒適性、便捷性、可靠性等。

在此基礎(chǔ)上，有觀點(diǎn)認(rèn)為，家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人與已經(jīng)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(wù)機(jī)器人從另一角度來(lái)說(shuō)，就是應(yīng)用了機(jī)器人技術(shù)的、機(jī)器人化的家用電器，這就是家用電器機(jī)器人化的直白內(nèi)涵。

因此，筆者認(rèn)為：家用電器機(jī)器人化產(chǎn)品=家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人=個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人，三者先后演進(jìn)關(guān)系如圖2。前者和后兩者只是市場(chǎng)研發(fā)演進(jìn)的主體和方向可能有不同，家用電器機(jī)器人化大多是由家用電器廠商主導(dǎo)，由家電向機(jī)器人方向研發(fā)演進(jìn)，而家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人（或稱個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人），可能是由機(jī)器人廠商主導(dǎo)，由服務(wù)機(jī)器人向家電方向擴(kuò)展。

圖2 家用電器機(jī)器人化概念的演進(jìn)

3 家用電器機(jī)器人化的具體形態(tài)

3.1 “萬(wàn)種”家用電器皆可機(jī)器人化

家用電器機(jī)器人化的形態(tài)沒(méi)有固定的模式，沒(méi)有像工業(yè)機(jī)器人以機(jī)械臂為典型代表，也不一定有公共服務(wù)機(jī)器人呈現(xiàn)的擬人化形態(tài)，而是在家用電器原本的形態(tài)或創(chuàng)新的各類形態(tài)基礎(chǔ)上進(jìn)行功能和技術(shù)的進(jìn)化或組合，“萬(wàn)種”家用電器皆可機(jī)器人化。

以美的煮飯機(jī)器人為例，如圖3所示，其形態(tài)與傳統(tǒng)電飯煲沒(méi)有太大的差異，依然為大小近似的立方體，但是革命性的獨(dú)創(chuàng)了旋風(fēng)負(fù)壓吸米技術(shù)和自動(dòng)化機(jī)構(gòu)，增加了米倉(cāng)和水倉(cāng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加米、紅外識(shí)別AI控制米水比、氣泡洗米、排水管旋風(fēng)負(fù)壓吸米、高溫洗鍋，從而將傳統(tǒng)煮飯前的淘米、加水和飯后的清洗等環(huán)節(jié)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)器人替代，重新定義了機(jī)器人煮飯全流程，是名副其實(shí)的家用電器機(jī)器人化產(chǎn)品。

圖3 煮飯機(jī)器人和疊衣機(jī)器人

再以多次出現(xiàn)在國(guó)際消費(fèi)電子展上的疊衣機(jī)器人為例，其形態(tài)與衣柜類似，通過(guò)傳感器分析不同衣物，依靠學(xué)習(xí)能力的積累找到最合適的折疊方式，再通過(guò)機(jī)械裝置或機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)隨機(jī)形態(tài)衣服的疊放和整理，完美實(shí)現(xiàn)了洗烘衣物之后的疊衣動(dòng)作機(jī)器人替代，相信未來(lái)會(huì)吸引非常多疊衣困難人群的矚目。

3.2 家用移物平臺(tái)機(jī)器人

移物平臺(tái)也是一類家用電器機(jī)器人化的代表，其原型來(lái)自于掃地機(jī)器人，如圖4所示，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)掃地機(jī)器人的可移動(dòng)屬性可以移植到其他家電之后，可移動(dòng)空氣凈化器、可移動(dòng)空調(diào)、可移動(dòng)冰箱、可移動(dòng)茶吧等等可移動(dòng)機(jī)器人隨之而來(lái)，并有可能發(fā)展成為不同場(chǎng)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(dòng)冰箱機(jī)器人

3.3 集成化家庭管家機(jī)器人

那么家電機(jī)器人化是否需要一個(gè)類似家庭管家之類的角色呢？筆者認(rèn)為，集成化家庭管家機(jī)器人也是一類家電機(jī)器人化發(fā)展的方向，如圖5所示。家庭管家一方面可以實(shí)現(xiàn)全屋家用電器機(jī)器人的互聯(lián)互通，并可以集中進(jìn)行與人溝通交流，分散傳達(dá)指令；另外一方面家庭管家可以利用仿生學(xué)的構(gòu)造模擬人的開(kāi)關(guān)門、夾取物、移動(dòng)傳遞等動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)代人勞動(dòng)。當(dāng)然家庭管家是否最終成為市場(chǎng)主流也取決于家電企業(yè)研發(fā)的力度和家庭的實(shí)際需求，無(wú)論是集中溝通指令功能，抑或是仿生構(gòu)造功能，也均可以分散到不同的家用電器機(jī)器人化產(chǎn)品上，通過(guò)家用電器機(jī)器人化生態(tài)圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖5 集成化的家庭管家機(jī)器人

4 家用電器機(jī)器人化的標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)新和進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在加速發(fā)展中，出現(xiàn)了一批針對(duì)不同類型產(chǎn)品性能和安全的國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，ISO 13482：2014《機(jī)器人與機(jī)器人裝備 個(gè)人助理機(jī)器人的安全要求》[4]是服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域較重要的安全國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其附錄A提出了85項(xiàng)重大危險(xiǎn)項(xiàng)，分析了危險(xiǎn)后果，并對(duì)應(yīng)在正文中逐條提出了安全要求判定條款，對(duì)其他服務(wù)機(jī)器人安全標(biāo)準(zhǔn)具有重要的參考意義。ISO 18646-1～ ISO 18646-4《機(jī)器人 服務(wù)機(jī)器人性能規(guī)范及其試驗(yàn)方法》系列標(biāo)準(zhǔn)分別從輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)航、操作和下背部支撐機(jī)器人的相關(guān)性能提出了針對(duì)性的要求和試驗(yàn)方法。IEC 62849:2016《家用移動(dòng)機(jī)器人性能評(píng)估方法》則針對(duì)掃地機(jī)器人等家用移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)性能給出了試驗(yàn)方法。以上標(biāo)準(zhǔn)均已等同轉(zhuǎn)化為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

除了等同采用以上國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之外，中國(guó)自主制定了多項(xiàng)服務(wù)機(jī)器人國(guó)標(biāo)，具體有：GB/T 38260-2019《服務(wù)機(jī)器人功能安全評(píng)估》、GB/T 39785-2021《服務(wù)機(jī)器人 機(jī)械安全評(píng)估與測(cè)試方法》、GB/T 40013-2021《服務(wù)機(jī)器人 電氣安全要求及測(cè)試方法》、GB/T 38124-2019《服務(wù)機(jī)器人性能測(cè)試方法》、GB/T 33261-2016《服務(wù)機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)總則》、GB/T 37283-2019《服務(wù)機(jī)器人 電磁兼容 通用標(biāo)準(zhǔn) 抗擾度要求和限值》、GB/T 37284-2019《服務(wù)機(jī)器人 電磁兼容 通用標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)射要求和限值》等，分別從服務(wù)機(jī)器人的安全、性能、模塊化、電磁兼容等角度提出相關(guān)要求。

進(jìn)一步聚焦到家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，GB/T 41431-2022《家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人 術(shù)語(yǔ)和分類》、GB/T 41433-2022《家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人 消費(fèi)者指導(dǎo)》和已報(bào)批的《家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人安全通用要求》三份國(guó)標(biāo)，是專門針對(duì)家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人提出的細(xì)化要求，尤其是《家用和類似用途服務(wù)機(jī)器人安全通用要求》，在IEC 60335和GB 4706系列標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將家用電器機(jī)器人化產(chǎn)品涉及到的風(fēng)險(xiǎn)集中歸納為電擊、著火及燙傷、機(jī)械、移動(dòng)、非正常操作、環(huán)境因素、有害物質(zhì)和輻射等方面，并在此基礎(chǔ)上著重提出GB 4706系列標(biāo)準(zhǔn)未涉及的相關(guān)安全風(fēng)險(xiǎn)因素及其對(duì)應(yīng)要求。這對(duì)于家用電器機(jī)器人化產(chǎn)品的安全和性能要求擴(kuò)增非常重要，有助于家電廠商繼承原有家用電器領(lǐng)域的安規(guī)要求和設(shè)計(jì)，有目標(biāo)地新增機(jī)器人化安全要求。

除此之外，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)發(fā)布了T/CAS 576—2022《家用電器機(jī)器人化設(shè)計(jì)導(dǎo)則》[5]團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新性地在標(biāo)準(zhǔn)中首次提及“家用電器機(jī)器人化”概念并給出解析，即“家用電器采用智能化系統(tǒng)和一般工具或執(zhí)行器，在其現(xiàn)有功能之外，使其具有機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（或類似功能結(jié)構(gòu)）和一定程度的自主能力，以減少家用電器使用過(guò)程的人力投入，改善用戶使用體驗(yàn)，并執(zhí)行預(yù)期任務(wù)，與環(huán)境交互的演化過(guò)程?！边@對(duì)家電市場(chǎng)上廣泛出現(xiàn)的“XX機(jī)器人”給出了統(tǒng)一的宣稱規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)還將家用電器機(jī)器人化產(chǎn)品從感知、決策、執(zhí)行和交互四個(gè)子系統(tǒng)分別的技術(shù)要求進(jìn)行分析，將家電機(jī)器人化的技術(shù)應(yīng)用劃分五個(gè)階段進(jìn)行引導(dǎo)，提出了家電向機(jī)器人化演進(jìn)的設(shè)計(jì)路徑，以規(guī)范家電機(jī)器人化發(fā)展的方向，為技術(shù)研發(fā)人員提供技術(shù)應(yīng)用引導(dǎo)，維護(hù)消費(fèi)者利益，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)的發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

家用電器機(jī)器人化進(jìn)程已加速來(lái)臨，如何認(rèn)識(shí)機(jī)器人化家用電器與傳統(tǒng)電器的不同，如何分析從家電發(fā)展而來(lái)的機(jī)器人化產(chǎn)品與其他機(jī)器人的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上明確家電機(jī)器人化的概念和內(nèi)涵，并從標(biāo)準(zhǔn)化的角度提出家電機(jī)器人化應(yīng)遵循的規(guī)則和新增的要求，從而找出家電機(jī)器人化規(guī)劃、設(shè)計(jì)、發(fā)展的最優(yōu)路徑，需要業(yè)界進(jìn)一步開(kāi)展創(chuàng)新性研究。