家用电器机器人化概念和形态分析及其标准创新的思考

陈 林 钱 峰

（广东美的制冷设备有限公司 佛山 528311）

1 机器人分类与定义

机器人分类在国际上、其他国家和我国不同标准化组织和学者间有着不同的看法，比较广泛的观点是国际机器人联合会（IFR）的分类方式，按用途大体分为工业机器人和服务机器人，服务机器人又分为个人/家庭服务机器人和特种服务机器人。中国机器人标准化白皮书在服务机器人类目下多划分出一个公共服务机器人分类，从而构成了中国国家机器人标准体系[1]和GB/T 39405-2020《机器人分类》[2]中的四类机器人整机：工业机器人、个人/家用服务机器人、公共服务机器人、特种机器人（如图1）。

图1 机器人分类

机器人的定义也存在着诸多版本，ISO/TC 299将机器人的定义如下：“具有两个或两个以上可编程的轴，以及一定程度的自主能力，可在其环境内运动以执行预期任务的执行机构。”对于轴的限制在家用和类似用途领域显然有一定的局限性，因此最新的中国国家标准GB/T 41431-2022《家用和类似用途服务机器人 术语和分类》改写了这个定义，去掉了“具有两个或两个以上可编程的轴”的限制。该标准同时定义了“家用和类似用途服务机器人”为“在家庭和类似环境中运行并执行预期任务，一般由非专业人士使用的服务机器人”，这与GB/T 39405-2020中“个人/家用服务机器人”的定义“在家居环境或类似环境下使用的，以满足使用者生活需求为目的的服务机器人”几近一致，可以得出二者涵义和包含的品类相同，可继续分为“家政机器人、教育娱乐机器人等”。

那么本文讨论的家用电器为何与机器人产生关系，显然两者目前已经产生了交叉。

2 个人/家庭服务机器人与家用电器机器人化的交叉

2.1 技术交叉

家用电器主要是在家庭及类似场所使用的各种电器或电子设备。传统家电其技术自成体系，主要依赖电机、电热元件、压缩机、控制器等部件实现简单易用、高效稳定、特定基础劳动的替代功能。近十年来智能家电技术广泛发展，以机器视觉、语音交互、深度学习为代表的AI人工智能技术，以IOT、5G为代表的通信技术，以射频识别、激光雷达、传感器、毫米波雷达为代表的感知技术迅速武装到各类家电产品上，使得家电物联网成为可能，而这些技术正是为了实现“一定程度的自主能力、可编程、以执行预期任务”，完全属于机器人技术。机器人技术在家电领域的不断延展和应用，催生了家用电器机器人化产品的诞生和演化，让家电有了耳朵、眼睛，有了感知，有了理解场景的能力，从而能够让家电为不同的用户提供高度个性化的服务，可以实现更大范围的代人劳动、互助交互乃至人机交流。这种技术上的融合和交叉，已经让家用电器不仅仅用智能来形容，而呈现出更为明显的“机器人化”特征。

2.2 使用范围和功能趋同

家用电器产品在家庭中使用，普遍的功能是实现特定基础劳动的替代。而个人/家庭服务机器人（或称家用和类似用途服务机器人）是在家居环境或类似环境下由非专业人士使用，目的是满足使用者生活需求。很显然，两者具有趋同性。随着家用电器产品的需求升级并成为市场发展的主流，这种趋同性愈加明显。

例如：扫地机器人产品，作为典型的家用电器产品，其又符合家用和类似用途服务机器人的全部特征；洗衣机器人、炒菜机器人、煮饭机器人均已在市场上出现并从细分领域兼具家用电器和家用服务机器人的典型功能。

这种功能上的趋同为家用电器向机器人化发展打通了直接的通道，并为家用电器产品进一步的功能升级提供了方向。这种趋势正在被市场广泛接受，并成为新的消费增长点。据深圳市人工智能行业协会发布的《2021年中国家庭服务机器人行业研究报告》显示，2013年中国家庭服务机器人行业市场规模仅9.6亿元，到2020年这一数据达到114.6亿元，复合年增长率高达42.5 %。该协会预计2023年中国家庭服务机器人行业市场规模有望超过180亿元。

2.3 归属结论

家用和类似用途机器人和家用电器，由于使用场景、服务对象和实现功能的趋同，其安全性要求是一致的，所涵盖的安全要素均为电气、机械、热与火灾、辐射、网络与信息安全等。两者的性能要求也是相近的，所涵盖的性能要素均有实用性、舒适性、便捷性、可靠性等。

在此基础上，有观点认为，家用和类似用途服务机器人与已经被广泛使用的家用电器的概念，在使用范围和适用人群上几乎完全一致[3]，家用和类似用途服务机器人从另一角度来说，就是应用了机器人技术的、机器人化的家用电器，这就是家用电器机器人化的直白内涵。

因此，笔者认为：家用电器机器人化产品=家用和类似用途服务机器人=个人/家庭服务机器人，三者先后演进关系如图2。前者和后两者只是市场研发演进的主体和方向可能有不同，家用电器机器人化大多是由家用电器厂商主导，由家电向机器人方向研发演进，而家用和类似用途服务机器人（或称个人/家用服务机器人），可能是由机器人厂商主导，由服务机器人向家电方向扩展。

图2 家用电器机器人化概念的演进

3 家用电器机器人化的具体形态

3.1 “万种”家用电器皆可机器人化

家用电器机器人化的形态没有固定的模式，没有像工业机器人以机械臂为典型代表，也不一定有公共服务机器人呈现的拟人化形态，而是在家用电器原本的形态或创新的各类形态基础上进行功能和技术的进化或组合，“万种”家用电器皆可机器人化。

以美的煮饭机器人为例，如图3所示，其形态与传统电饭煲没有太大的差异，依然为大小近似的立方体，但是革命性的独创了旋风负压吸米技术和自动化机构，增加了米仓和水仓设计，实现自动加米、红外识别AI控制米水比、气泡洗米、排水管旋风负压吸米、高温洗锅，从而将传统煮饭前的淘米、加水和饭后的清洗等环节进一步实现机器人替代，重新定义了机器人煮饭全流程，是名副其实的家用电器机器人化产品。

图3 煮饭机器人和叠衣机器人

再以多次出现在国际消费电子展上的叠衣机器人为例，其形态与衣柜类似，通过传感器分析不同衣物，依靠学习能力的积累找到最合适的折叠方式，再通过机械装置或机械臂实现随机形态衣服的叠放和整理，完美实现了洗烘衣物之后的叠衣动作机器人替代，相信未来会吸引非常多叠衣困难人群的瞩目。

3.2 家用移物平台机器人

移物平台也是一类家用电器机器人化的代表，其原型来自于扫地机器人，如图4所示，当人们发现扫地机器人的可移动属性可以移植到其他家电之后，可移动空气净化器、可移动空调、可移动冰箱、可移动茶吧等等可移动机器人随之而来，并有可能发展成为不同场景之间的递物纽带，如厨房和餐厅之间的餐盘传递、浴室和洗衣间之间的衣物传递等等。

图4 可移动冰箱机器人

3.3 集成化家庭管家机器人

那么家电机器人化是否需要一个类似家庭管家之类的角色呢？笔者认为，集成化家庭管家机器人也是一类家电机器人化发展的方向，如图5所示。家庭管家一方面可以实现全屋家用电器机器人的互联互通，并可以集中进行与人沟通交流，分散传达指令；另外一方面家庭管家可以利用仿生学的构造模拟人的开关门、夹取物、移动传递等动作，从而实现代人劳动。当然家庭管家是否最终成为市场主流也取决于家电企业研发的力度和家庭的实际需求，无论是集中沟通指令功能，抑或是仿生构造功能，也均可以分散到不同的家用电器机器人化产品上，通过家用电器机器人化生态圈来实现。

图5 集成化的家庭管家机器人

4 家用电器机器人化的标准化创新和进展

目前，国内外针对家用和类似用途服务机器人的标准化工作正在加速发展中，出现了一批针对不同类型产品性能和安全的国际和国内标准。

国际标准中，ISO 13482：2014《机器人与机器人装备 个人助理机器人的安全要求》[4]是服务机器人领域较重要的安全国际标准，其附录A提出了85项重大危险项，分析了危险后果，并对应在正文中逐条提出了安全要求判定条款，对其他服务机器人安全标准具有重要的参考意义。ISO 18646-1～ ISO 18646-4《机器人 服务机器人性能规范及其试验方法》系列标准分别从轮式机器人运动、导航、操作和下背部支撑机器人的相关性能提出了针对性的要求和试验方法。IEC 62849:2016《家用移动机器人性能评估方法》则针对扫地机器人等家用移动机器人相关性能给出了试验方法。以上标准均已等同转化为中国国家标准。

除了等同采用以上国际标准之外，中国自主制定了多项服务机器人国标，具体有：GB/T 38260-2019《服务机器人功能安全评估》、GB/T 39785-2021《服务机器人 机械安全评估与测试方法》、GB/T 40013-2021《服务机器人 电气安全要求及测试方法》、GB/T 38124-2019《服务机器人性能测试方法》、GB/T 33261-2016《服务机器人模块化设计总则》、GB/T 37283-2019《服务机器人 电磁兼容 通用标准 抗扰度要求和限值》、GB/T 37284-2019《服务机器人 电磁兼容 通用标准 发射要求和限值》等，分别从服务机器人的安全、性能、模块化、电磁兼容等角度提出相关要求。

进一步聚焦到家用和类似用途服务机器人领域，GB/T 41431-2022《家用和类似用途服务机器人 术语和分类》、GB/T 41433-2022《家用和类似用途服务机器人 消费者指导》和已报批的《家用和类似用途服务机器人安全通用要求》三份国标，是专门针对家用和类似用途服务机器人提出的细化要求，尤其是《家用和类似用途服务机器人安全通用要求》，在IEC 60335和GB 4706系列标准结构基础上，将家用电器机器人化产品涉及到的风险集中归纳为电击、着火及烫伤、机械、移动、非正常操作、环境因素、有害物质和辐射等方面，并在此基础上着重提出GB 4706系列标准未涉及的相关安全风险因素及其对应要求。这对于家用电器机器人化产品的安全和性能要求扩增非常重要，有助于家电厂商继承原有家用电器领域的安规要求和设计，有目标地新增机器人化安全要求。

除此之外，中国标准化协会发布了T/CAS 576—2022《家用电器机器人化设计导则》[5]团体标准，创新性地在标准中首次提及“家用电器机器人化”概念并给出解析，即“家用电器采用智能化系统和一般工具或执行器，在其现有功能之外，使其具有机器人的结构（或类似功能结构）和一定程度的自主能力，以减少家用电器使用过程的人力投入，改善用户使用体验，并执行预期任务，与环境交互的演化过程。”这对家电市场上广泛出现的“XX机器人”给出了统一的宣称规范。标准还将家用电器机器人化产品从感知、决策、执行和交互四个子系统分别的技术要求进行分析，将家电机器人化的技术应用划分五个阶段进行引导，提出了家电向机器人化演进的设计路径，以规范家电机器人化发展的方向，为技术研发人员提供技术应用引导，维护消费者利益，促进行业技术的发展。

5 结束语

家用电器机器人化进程已加速来临，如何认识机器人化家用电器与传统电器的不同，如何分析从家电发展而来的机器人化产品与其他机器人的关系，在此基础上明确家电机器人化的概念和内涵，并从标准化的角度提出家电机器人化应遵循的规则和新增的要求，从而找出家电机器人化规划、设计、发展的最优路径，需要业界进一步开展创新性研究。