（报告出品方/作者：长江证券，管泉森、周振）
前言：复盘 iRobot 的意义
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。
一度凭借清扫功能创新傲视群雄
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（Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory, 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。
接下来的十年里，iRobot 开启了漫长的业务模式探索，在延续 ToG 业务的同时，尝试 走向商用场景，比如 1996 年 iRobot 研发了 Ariel（一款在碎波区探测和排除水雷的机 器人）；1998 年 iRobot 拿到 DARPA（美国国防预先研究计划局）合同，负责研发战术 移动机器人，这促进了 PackBot 的研发，2001 年 PackBot 于 911 恐怖袭击事件后在世 贸中心进行搜寻行动，2002 年美国军队首次部署 PackBot；同年，iRobot 和美国国家 地理学会研发了一款在埃及探索大金字塔的机器人。其他 iRobot 推出的特种机器人产 品包括商场清扫、檐沟清洁、泳池清洁、水下探测、轻量级可抛掷地面无人车、视频协 作等多种类型机器人，但这些商用产品所取得的成就并不出色。
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 First Look 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 军用研发哺育思矣没魅艘滴竦某沙ぁ
清扫创新领先行业，初代产品引爆市场
iRobot 推出 Roomba 扫地机器人之前，已有玩家抢先入场，1996 年伊莱克斯研发出全 球第一款全自动扫地机器人“三叶虫”，2001 年“三叶虫”开始量产，售价约 2000 美 金，而后 Eureka、Dyson、LG 也都推出了扫地机器人产品，但由于体积过大或者价格 过高，上述产品市场反馈并不好。尽管并非行业首款，但 Roomba 具备很强的开创性 意义：（1）开创性“三段式清扫结构”，边刷+滚刷+吸尘口三位一体，清扫能力大为提 高；（2）开创性地应用了随机碰撞式导航技术，以保证覆盖大面积区域的清洁任务，传 感器采用红外探测器，前期三叶虫采用的是超声波传感器；（3）定价 199.99 美金，将 价格降至当时同类产品的 1/10，为扫地机器人进入商业化阶段打开了通路。
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 iAdapt 1.0 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 AI Common Lisp 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 Roomba Discovery/400 series（有污垢探测和自动充电的功能），2005 年推出 Roomba Scheduler（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) for Pets（使用专门设计的易清洁刷 和易清洁刷工具），2007 年推出 Roomba 500 series（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 Roomba 600 series（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。
导航创新阶段首次感到份额压力
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 Neato Robotics 2010 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，LiDAR SLAM 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 Roomba 700series 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。
另外一条导航技术路线是 VSLAM（视觉导航），最早采用该技术的厂商为 Samsung 和 LG 两大韩系品牌，2010 年 Samsung 推出 NaviBot S，2011 年 LG 推出 Hom-Bot 2.0， NaviBot-S 搭配的 Visionary Mapping Plus 系统可以透过机顶的视讯镜头搜寻并规划出 最佳的路径，定价 999 美元；Hom-Bot 2.0 采用“双摄像头传感器”，其中一个摄像头 位于机身顶部，负责绘制和记忆平面图，另一个位于机身底部，配备一个每秒可捕捉大量表面图像的光学流动传感器，为 HOM-BOT 提供距离信息和路径，定价 710-995 美 元。相比与传统的随机导航技术而言，激光导航与视觉导航确实在路线规划上突破明显。
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+iAdapt1.0 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 Evolution Robotics，Evolution Robotics 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 Roomba 980，由于搭配了视觉导航功能，并且升级为 iAdapt2.0 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 Roomba 960，对视觉导航产品的定价进行下探。总之，Roomba 900 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 Roomba 890/690 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。
行业创新多点开花阶段疲态渐显
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 LDS SLAM 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注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、3D TOF 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 Clean Base 自动集尘充电座的 Roomba i7+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 Roomba S9+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 Roomba j7+，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 Precision Vision 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 Roomba Combo j7+，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%。
拖地创新及品类拓展为未来方向
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 Roomba combo j7+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。
iRobot 另一值得关注的技术方向是抹布自动更换技术，且目前行业内尚无类似产品。 根据专利的详细信息，iRobot 具备抹布自动更换功能的产品，将依旧采用可升降式贴片 式抹布，基站核心部件为抹布容器和抹布分配装置，扫地机器人进入基站后，可以对脏 的抹布进行自动更换。抹布自动更换和抹布自清洁两个技术路线的目的都是免除消费者 手动更换抹布的需求，iRobot 此项技术创新，或将针对自清洁技术的缺点给予一定弥补，比如基站功能复杂、成本较高、体积较大等，不过由于产品尚未落地，具体使用效果仍 需拭目以待。
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 Terra t7，尽 管由于受到疫情影响，Terra t7 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 Mordor Intelligence 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 Mordor Intelligence 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 iRobot HOME 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。
机器人元老 iRobot 给予的启示
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。
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精选报告来源：【未来智库】。
