扫地机器人iRobot专题研究：机器人元老的启示

（报告出品方/作者：长江证券，管泉森、周振）

对于家用扫地机器人产业扩张驱动力和企业护城河之所在，我们在此前多篇专题报告中曾多次讨论，总结即为“产品为王”。自2001年首款扫地机器人量产至今，20年里产业中涌现出众多技术分支，把握住核心技术发展方向而不落后于行业，对于每个扫地机器人厂商而言都是重要考验，以机器人元老企业iRobot为例，扫地机器人每轮重要技术革命其都有经历，比如清扫功能革命、导航定位功能革命、避障/自集尘/自清洁技术革命，iRobot从最初的傲视群雄，到渐显疲态，如今再度努力追赶并且战略外延，其发展经历给业内企业给予了很好的启示，值得我们对其进行历史复盘和经验总结。

从军用走向家用，iRobot起点领先竞品

iRobot公司成立于1990年，创始人是美国麻省理工学院教授罗德尼·布鲁克斯及其得意门生科林·安格尔、海伦·格雷纳，三人出自世界最大的大学实验室——电脑科学暨人工智慧实验室（ComputerScienceandArtificialIntelligenceLaboratory,简称CSAIL），科林·安格尔至今仍是公司的董事长兼首席执行官。最初iRobot主要为美国政府、军方、高校、研究机构提供战地救援、安保、太空探测等不同用途的机器人，此后还做过远程医疗机器人、会议机器人等。1991年iRobot研发出一款为太空探索而设计的机器人Genghis，这款机器人在外观上模仿六足昆虫，每条腿都内置了传感器及编程了一些基本行为，十分适合在有障碍物的未知环境中行走。1997年7月4日，NASA第一台火星车“旅居者号”携带iRobot自研的行为编程技术，在火星成功着陆。目前，Genghis被保存在华盛顿国家航空科学馆，刻有科林·安格尔名字的“勇气号”火星车也被陈列在NASA。

商用拓展不及预期的同时，军用业务的弊端也逐渐显露，正如科林·安格尔自己所说，“跟美国政府打交道总是有各种各样的不确定性，在整个财务上非常不稳定”。结合iRobot上市后的财报数据，特种机器人业务（又称政府和工业机器人或防御安全机器人）收入增速波动较大，与美国军队需求绑定较深，2012年开始ToG需求大幅萎缩；另外从盈利情况看，iRobot的特种机器人业务毛利率正常水平下为30-35%左右，部分产品毛利率更低，比如2012年出货比较多的FirstLook产品，后续经过产品结构调整后，毛利率有所恢复，剔除2012年因为重组费用、报废、返工、库存成本导致毛利率异常外，后续毛利率恢复至35%以上，但也不及家用业务50%左右的毛利率。

经历了从实验室，到军事应用，再到工商业领域的探索，科林·安格尔开始将目光投入到家用场景，主要围绕家庭地面清洁，2002年iRobot推出Roomba扫地机器人，2005年公司推出Scooba地板清洁机器人。从军用到家用，iRobot在起跑线便实现了领先，主要得益于充足研发资源的支撑，研发军用产品时，iRobot会与美国政府采取合作研发1模式，2003-2009年合作研发费用占公司整体研发费用比例均值达到57%，合作研发项目细项涵盖了光学避障、定位及导航、智能控制、雷达+成像传感器集成套件等技术，与家用扫地机器人底层技术重叠，可见iRobot军用研发哺育了家用机器人业务的成长。

清扫创新领先行业，初代产品引爆市场

清扫功能创新之外，Roomba也对扫地机器人智能化进行了初步尝试，比如导航、自动回充、虚拟墙灯塔等功能，其背后，主要归功于公司研发的iAdapt智能算法技术，其是一种建立在人工智能软件与控制硬件的基础上的一种扫地系统技术，初代通过对红外探测器及Roomba底盘硬件，粉尘检测器和液滴传感器，刷胶刷测速系统等进行采集数据，计算出障碍物的形状，并通过智能AICommonLisp编写的软件对数据进行分析，进而制定最终的清扫计划；并在计划实施中，不断调整和完善，从而达到智能化清扫地面的功能。它能快速对障碍物周围进行60多次的测试，同时根据环境做出40种以上的清洁计划，比如直线，螺旋，沿边等动作。

首代Roomba推出后的几年时间，iRobot的产品策略为细分功能创新和SKU序列扩充，2004年推出RoombaDiscovery/400series（有污垢探测和自动充电的功能），2005年推出RoombaScheduler（具有一个内置的调度系统，可设置七次清洁时间，可实现定时自动清洁），2006年推出Roomba(Discovery)forPets（使用专门设计的易清洁刷和易清洁刷工具），2007年推出Roomba500series（导航、边缘/角落清扫、刷子/过滤器、防缠绕功能有所升级，搭配了远程控制、自动回充、定时清扫功能），2008年推出Roomba600series（增配虚拟墙灯塔），至此，iRobot产品序列基本齐全、第一轮创新周期收尾，顶配SKU售价达到549.99美元，标准版SKU售价降至129.99美元，2009-2010年iRobot并没有推出新功能、新产品。

凭借领跑行业的功能创新以及完善的SKU矩阵，iRobot可谓凭借一己之力点燃了家用扫地机器人市场，扫地机器人全球销量和iRobot家用机器人收入规模不断攀升，尽管中途在2009年受到全球经济危机的影响，扫地机器人行业和iRobot家用机器人业务都有所承压，但2010年景气度便如期回归，到2010年，iRobot家用机器人收入规模达到2.29亿美元，出货量达到126.9万台，参考欧睿数据，2010年全球扫地机器人销额、销量分别为7.3亿美元、158.0万台，按此推算，2010年iRobot全球份额达80%左右。

导航技术迎来创新，iRobot智能化掉队

尽管iRobot在2009、2010两年基本处于产品创新真空期，但全球扫地机器人技术创新并未停歇，最引起轰动的当属NeatoRobotics2010年推出的XV-11扫地机器人，其创新性的应用了RPS激光导航定位技术，并搭配SLAM算法，LiDARSLAM通过机顶的可旋转激光和反射波来生成房间360度3D数字地图，能够实现规划合理清扫路线、断点记忆恢复、提高清扫效率。此外，XV-11定价399美元，与当时iRobot主销机型Roomba700series相比性价比提升不少。而后2012年XV-12升级款推出，定价提升至429美元，主要体现在清扫功能上的升级。

可见2010年开始，随着激光和视觉导航技术的涌现，扫地机器人智能化程度迈向一个新台阶，反观iRobot，其在导航技术上仍采用初期的随机式+算法，产品智能化方面要落后竞品，不过iRobot在清扫性能方面的领先优势进一步强化，比如针对清洁头进行升级、强化宠物毛发清扫能力，升级AeroVac2代垃圾箱，升级双HEPA空气过滤器，应用2代光学和声学传感器查找污垢和碎屑。

导航技术开始追赶，努力稳定市场份额

面对业内竞品较大的产品创新力度，iRobot开始加速自己的技术追赶，首先在清扫性能上，2013年公司800系列新品中搭载了AeroForce双胶刷系统，橡胶材质对比毛刷使得毛发、碎屑等脏物更不易缠绕在主刷上，解决了主刷毛发缠绕的使用痛点；并配合气流加速和真空吸力提升清洁效率，弥补了无毛刷会使得清洁力降低的问题。其次在智能化方面，2012年9月iRobot公司以7600万美元收购专门生产地板清洁机器人的公司EvolutionRobotics，EvolutionRobotics是一家提供人工智能技术及解决方案的美国公司，最早将VSLAM应用于扫地机器人，收购时iRobot受让了相当一部分视觉导航相关专利，以为后续推出视觉导航扫地机器人做准备。

通过专利受让和自身研发，2015年iRobot推出了首款搭载VSLAM技术的产品——Roomba980，由于搭配了视觉导航功能，并且升级为智能导航系统，因此产品导航路径规划能力得到显著强化，并可支持多房间分区路线规划，2016年推出Roomba960，对视觉导航产品的定价进行下探。总之，Roomba900系列的成功推出，强化了iRobot在清扫和智能化方面的竞争力，稳定住了行业领先地位，但随后的2017年，公司的技术创新又有明显放缓，仅推出了Roomba890/690两款中低端的产品。

可见2010-2017年期间伴随着导航技术迎来创新突破，iRobot首次开始感受到竞争压力，期间iRobot家用机器人收入从2.29亿美元增至8.84亿美元，复合增速+21.26%，销量从126.9万台增至369.8万台，复合增速+16.51%，参考欧睿数据，2010-2017年全球扫地机器人销额从7.3亿美元增至30.2亿美元，复合增速+22.43%，销量从158.0万台增至926.5万台，复合增速+28.75%，按此推算，2017年iRobot全球份额降至39%左右，份额压力主要体现在2015年之前，2015年之后凭借着VSLAM系列产品推出，补齐了导航技术短板，公司市场份额才得以稳定。

中国品牌加速进场，行业创新多点开花

抵御了Neato、LG、Samsung、Dyson等品牌的冲击之后，iRobot又开始面临新的威胁——2016年开始中国品牌加速进场扫地机器人行业，2016年米家联合石头科技推出搭载LDSSLAM技术的米家扫地机器人一代产品并定价1699元，将LDS产品定价大幅下探；2017年石头科技推出自主品牌扫地机器人，并主要铺向海外市场；2019年科沃斯收缩代工业务，战略重心向科沃斯自有品牌扫地机器人倾斜；2019年10月云鲸推出首款抹布自清洁扫地机器人并成为爆款；2021年追觅开始发力扫地机器人……

众多中国扫地机器人厂商的涌入加大了行业的竞争激烈度，进而倒逼各个公司加快产品创新节奏以在厮杀中突出重围，扫地机器人行业迈入创新多点开花阶段。一是对于导航技术的继续深耕，尤其是激光导航的大范围普及，相较于视觉导航，激光导航对于外界光线要求更低、建图的速度更快以及精准性更高，而核心劣势是生产成本较高，但国产供应链使得高性价比激光雷达面世，加快了激光导航技术普及；另外科沃斯等厂商将LDS激光雷达升级为DToF激光雷达，使得精准度、建图效率和耐用性进一步提升。

二是对于避障技术的探索，尽管伴随着激光雷达的普及和SLAM算法的完善，扫地机器人导航功能已经可较好满足使用需求，但在使用过程当中仍有“傻瓜”状况发生，很多用户会发现扫地机器人经常会被地面上的障碍挡住、或者在桌椅板凳下无脑乱撞甚至清扫掉无需清扫的物品，从而影响扫地效率，这背后是避障能力的欠缺。传统的是红外线感应避障，由于精度较差、亟需升级替代，当下最为主流的避障技术升级方向主要包括3D结构光避障、单目视觉避障、双目视觉避障、激光雷达避障、3DTOF避障。

三是扫地机器人基站的升级，基站功能从单一充电，到可以实现自动集尘，到可以实现抹布自动清洗，再到自集尘+自清洗二合一，复杂度和功能性得到明显提升，这样的功能升级对于中国市场确实很有必要，尤其是抹布自清洁功能，这与中国家庭硬地面居多、多数居民有拖地习惯有关，2022H1线上、线下“自清洁”型扫地机器人零售额比例提升至47.1%、16.5%，“自清洁+自集尘”型扫地机零售额份额在不到一年的时间内从零迅速提升至31.5%、56.6%，基础功能型基站的比例在快速收缩。对于海外市场，由于房屋面积较大、硬质地面较少，因此自集尘可减少手动倒垃圾次数，功能受到消费者青睐，但自清洁功能吸引力稍显一般。

在扫地机器人技术创新多点开花的背景下，一向“内卷”的中国扫地机器人品牌多数皆完成了上述几项核心技术的布局，包括激光导航、避障、自清洁、自集尘，前期强势品牌中，科沃斯、石头、小米、追觅的产品力依旧出色，云鲸品牌产品创新逐渐被拉开身位，另外也有越来越多新老品牌在努力追赶，比如海尔、美的、360、晓舞、UWANT等。

技术布局仍有缺位，iRobot份额继续回落

iRobot在本次创新大爆发阶段发明了自集尘这一功能，2018年iRobot推出带有CleanBase自动集尘充电座的Roombai7+扫地机器人，它能自动将扫地机器人尘盒中的垃圾污垢，通过扫地机底部的排污口跟集尘充电座对接后，将垃圾吸入集尘充电座中的一次性集尘袋中，避免扬尘二次污染，官方宣称一次性集尘袋可以容纳相当于30个集尘盒体积的灰尘和污垢，尘袋数周才需更换一次。2019年推出的RoombaS9+是i7+的升级版本，主要包括吸力加大、胶刷和边刷升级。

面对2020年开始避障功能的逐渐普及，iRobot也在快速追赶，2021年公司推出Roombaj7+，将自动集尘桩高度降低31%，其为iRobot首款前置镜头的扫地机器人，运行时镜头打开LED辅助光源，搭载PrecisionVision精准识别导航科技，通过前置镜头鹰眼搜罗、自动识别前方障碍物并绕开，换句话说，iRobot通过前置摄像头实现了导航和避障两项功能。2022年iRobot推出升级款RoombaComboj7+，增加了拖地功能。

尽管在自集尘和避障功能上iRobot已经有相应产品落地，但面对着中国品牌的正面竞争，公司目前对于激光导航以及抹布自清洁技术布局的缺失，使得其综合产品竞争力仍显落后，份额渐显疲态，2017-2021年iRobot家用机器人收入从8.84亿美元增至15.65亿美元，复合增速+15.35%，销量从369.8万台增至555.5万台，复合增速+10.71%，参考欧睿数据，2017-2021年全球扫地机器人销额从30.2亿美元增至58.5亿美元，复合增速+17.99%，销量从926.5万台增至1561.2万台，复合增速+13.93%，按此推算，2021年iRobot全球份额降至35.6%左右。另外参考iRobot统计的单价$200以上扫地机器人市场份额，iRobot从2017年的62%下降至2020年46%。

补齐自清洁功能，首创抹布自动更换技术

经历了连续多年的份额流失，iRobot正再次努力在产品技术上实现追赶，参考USPTO披露的iRobot专利申请方向，2022年12月iRobot申请了基站抹布自清洁和基站抹布自动更换两项新技术。根据专利的详细信息，抹布自清洁技术与当下国内技术路线基本类似，不过拖地抹布采用的是与Roombacomboj7+同款的可升降式贴片抹布，正如上文我们指出的，iRobot当前在自清洁功能上缺位最为严重，此项专利表明iRobot将在不久将来补齐抹布自清洁功能，或许类似国产品牌的全功能型产品也可期待。

机器人品类拓展，战略布局割草机器人

除了扫地机器人之外，iRobot也在战略性推进其他智能化品类拓展，目前来看除草机器人为战略方向之一。2019年美国CES展会上iRobot发布了割草机器人Terrat7，尽管由于受到疫情影响，Terrat7正式发售有所延后，但割草机器人的战略方向并未改变。

2020、2021年全球草坪及园林设备规模324、347亿美元，割草机器人全球规模大约13、15亿美元，参考富世华公告，2020年割草机器人在割草机行业内部渗透率约10%，按此推算，2020年全球割草机规模约130亿美元。空间上看，首先割草机等园林工具需求未来几年有望延续稳健扩容，预计复合增速4-5%左右，另外割草机器人渗透率提升趋势预计也将延续，参考富世华预测，2025年割草机器人渗透率有望达到17%左右，线性外推2027年将达到20%左右，按此测算2027年割草机器人规模达37亿美元；参考MordorIntelligence预测，2027年割草机器人全球规模有望达到39亿美元；总之2027年割草机器人全球规模预计为35-40亿美元。

分地区来看，目前欧洲和美国是割草机器人主要需求市场，参考大叶股份债券募集说明书，2020年美国、欧洲割草机市场需求额分别为44.33亿、30.89亿美元，而从割草机器人渗透情况来看，欧洲优势更为明显，参考富世华公告，目前西欧北欧的割草机器人渗透率最高，已达到50%-60%的渗透率，南欧为15-30%，英国约5%左右，北美渗透率则在5%以下，处在行业起步期。若按照欧洲地区割草机器人渗透率20-30%、美国渗透率5%左右推算，预计欧洲割草机器人需求占全球50%以上，美国占全球15-20%。

后续来看，对于欧洲而言，考虑到欧洲居民文化和政策制度更支持环境友好类产品的发展、欧洲劳动参与率低、当前割草机器人更加适配于欧洲小面积草坪，预计欧洲割草机器人渗透率仍有进一步向上空间，参考MordorIntelligence的预测，未来五年欧洲地区割草机器人增速有望领跑。对于北美而言，北美部分地方政府陆续发布禁售燃油款园林工具政策，有望直接加快电动款替代进程，另外随着产品迭代，针对电池续航、割草面积等北美用户痛点也将逐步解决，有望刺激机器人需求释放。

目前割草机器人市场份额非常集中，三大品牌富世华、Gardena（隶属富世华集团）、宝时得旗下的WORX基本占据全球90%左右市场份额，并且这几个头部品牌的主销机型在核心功能参数上都达到了较高水平。但iRobot凭借产品弯道超车仍有可能，主要在于智能化程度上还存在明显的痛点需要优化：一是切割路径混乱、切割效果差，多数割草机器人采取随机碰撞或者半局部规划方式，缺少固定规划的路径，机器人碰到边界后以随机角度转弯，导致重复覆盖以及覆盖不完全等问题，效率相对不高；二是需要联系专人上门预埋边界线，布置灵活性差，整个部署的过程耗时约3-4个小时，大致要花费300欧元到400欧元，耗时耗力耗钱；三是避障功能较弱，经常卡困碰撞、伤人伤物。

针对上述的智能性缺陷，iRobot的Terra割草机器人做了众多创新：（1）开发Imprint智能规划功能，Terra割草机器人可以智能地掌握布局，规划路线，避开障碍物并沿直线来回移动，以高效地完成割草；（2）Terra割草机器人采用无线边界系统，无需挖掘或电线即可轻松安装；（3）使用iRobotHOME应用程序自定义割草，选择预设时间和草高。总之，iRobot将扫地机器人培育的智能化基因嫁接至割草机器人，有望凭借产品智能化优势实现弯道超车，为公司贡献下一条成长曲线。

过去20年里扫地机器人产业规模不断扩张，过程中涌现出众多技术分支，以机器人元老企业iRobot为例，扫地机器人每轮重要技术革命其都有经历，比如清扫功能革命、导航定位功能革命、避障/自集尘/自清洁技术革命，iRobot从最初的傲视群雄，到渐显疲态，如今再度努力追赶并且战略外延，其发展经历给业内企业给予了很好的启示，一是行业竞争遵循“产品为王”且创新竞赛远未停滞，二是智能化机器人应用场景仍可外拓。对于科沃斯、石头科技等国内品牌，其创新能力有目共睹，值得继续期待，有望助力推动产业扩容的同时抢占更多市场份额，此外拓展其他智能品类也是重要方向、不容忽视，有望为其提供下一条成长曲线。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）