原标题：全球教育机器人深度陈说，一文看尽7层工业链12类产品【附下载】| 智东西内参
教育服务机器人（Educational Service Robots）是具有教与学智能的服务机器人，一般被用于进行 STEAM教育、言语学习、特别人群学习等主题的辅佐与办理教育中。差异于机器人教育中常见的产品，教育服务机器人具有固定的结构，一般不支撑用户自行拆装。近年来，在国际各国纷繁公布机器人和人工智能战略部署的布景下，将人工智能技能和机器人运用于教育范畴的实践探究越来越多。教育机器人作为机器人运用于教育范畴的代表，将成为才智学习环境的重要组成部分。
本期的智能内参，咱们引荐北京师范大学的研讨陈说《2019全球教育机器人开展白皮书》，讨论教育机器人的立异运用途径，以及怎么规划开发能满意各类教育服务方针需求的功用，为未来的教育机器人开展指明或许的趋势。假如想保藏本文的陈说（2019全球教育机器人开展白皮书），能够在智东西（大众号：zhidxcom）回复要害词“nc400”获取。
一、教育机器人开展示状 1、 全球教育机器人首要研讨组织
在 WoS 中心合会集，1993 年至 2018 年间，与教育机器人有关的学术文献合计检索到了 3060 篇，最早的研讨始于 1966 年，由 R. E. WHALLON 宣布在《Phi Delta Kappan》的《ROBOTS IN CLASSROOM, A LOOK ATAMERICAN EDUCATIonAL FACTORY-BERGEN》。其间 2014 年至 2018 年间，与教育机器人有关的研讨成果共 1404 篇，比较于 2012 年至 2016 年的文献总量，近 5 年有关教育机器人的研讨数量开端急速增多，2017 年文献数量和被引频次到达峰值，2018 年有所回落。
▲2014-2018 年教育机器人研讨数量改变趋势
依据要害词聚类剖析的成果，将教育机器人划分为 5 个类团：
1、 教育机器人本体研讨。 这类研讨偏重对教育机器人范畴的中心组成部分的论述，如“教育”的实质和方针、“人工智能”技能、“机器人学”。这类研讨首要会集在教育机器人的概念、特征、分类与相关的理论解析等方面。
2、 机器人教育人物及影响研讨。 机器人教育人物及影响研讨触及的要害词有两类，一类是以“人形机器人”、“乐高机器人”为代表的机器人类型和人物研讨，在这类研讨中，有的研讨者指出教育机器人一般扮演导师、同学和东西三种人物，也有的研讨者以为机器人在教育中首要扮演学习方针、东西和火伴三种人物。
3、 教育机器人规划研讨。 这类研讨首要触及“移动机器人”、“服务机器人”、“机器人规划”、“长途操控”、“编程”等要害词，这类研讨偏重机器人类型、规划理念。一方面，依托特定的机器人，经过必定的程序设定或规划改造，使之能完结既定的教育方针或教育功用。另一方面，研讨者致力于研制和进步机器人完结教育功用的技能规划。
4、 机器人教育实践研讨。 这类研讨的首要研讨方针为儿童，研讨内容触及机器人课程规划、教育技能支撑、机器人教育、机器人课程实践效果、机器人教育实践场景剖析等。
5、 教育机器人运用情境研讨。 机器人的运用情境包含两个方面，一是机器人的教育运用场域研讨，排名前三的场域是一般教室、专业场域和个人场域。二是机器人的适用方针研讨，K-12 教育首要触及幼儿、小学生和中学生三类人群；特别集体适用于各种需求医疗健康帮忙的患者，如自闭症儿童；高等教育首要触及本科生和研讨生两类人群。
2、 教育机器人商场产品图谱
从教育服务的方针及或许的运用场域动身，有两大剖析结构——产品剖析结构和商场剖析结构。依据两大剖析结构，全球 12 种教育机器人产品类型如下图所示。
▲产品剖析结构表
▲十二类教育机器人产品运用情境
从商场开展示状来看，首要，教育机器人产品首要会集在家庭和校园场域中运用，如家庭中的智能玩具、儿童文娱教育火伴、家庭智能助理；校园一般教室与专用教室的长途操控机器人、STEAM 教具；专用教室或训练组织的自闭症特别教育机器人。其次，部分产品仍处于概念性阶段，如讲堂机器人助教、机器人“教师”，这类产品的功用规划仍需求商场的验证。再次，公共场所的教育机器人产品首要触及安全教育功用。终究，专业训练上的教育机器人开展显现教育机器人运用在各范畴的潜力，如工业制作训练、手术医疗训练、复健关照等。
剖析来自全球商场的 40 个产品，并依据产品的运用场域及扮演人物，可得到现在全球商场上 12 类产品运用情境，如下图所示，
▲ 十二种产品类型运用状况
依据商场状况的剖析，能够得出以下定论：榜首，以教育资源为根底，开展有针对性的教育服务功用，是智能机器人占有教育服务商场的致胜法宝。第二，归纳运用科学、技能、工程、艺术与数学常识的新式机器人，将会成为更受欢迎的 STEAM 教具。第三，恰当的本体和外观形状是教育机器人取得运用者信任的根底，也是教育机器人能够担任日常教育服务活动的根底。第四，机器人的可操控性，影响着其被用户承受的程度。
二、 丰厚的人物与宽广的运用1、 教育机器人的需求内容与完结时程
教育机器人可扮演的 17种人物：机器人“保姆”、机器人日子火伴、机器人日子“助理”、机器人健康“助理”、机器人学习“助理”、机器人学习火伴、机器人学习参谋、机器人教具（玩具）、机器人“教师”、机器人助教、机器人“助理”、白叟陪同员、机器人监护员、机器人安全教育员、机器人社会服务人员、智能家庭管控、智能教室管控。由此可见，教育机器人可深度融入以家庭和校园为主的各种教育场域，为各类用户供应丰厚的教育服务。
从需求内容来看，绝大部分会集在学生日常日子和学习中的陪同与帮忙，此外，还包含特别儿童的辅佐、幼儿的关照、白叟的陪同、教师和家长的辅佐等。以人机交互技能、机器人视觉技能、情境感知技能在内的 3 个要害技能的老练度作为需求时程界说的原则，可确认各种人物功用中的短期需求、中期需求以及长时刻需求，如下图所示。
▲各类用户集体教育机器人需求
2、 教育机器人的需求剖析定论
人们对教育机器人的需求志愿较高。 85% 的学生和 90% 的教师期望具有一台教育机器人。学生、教师与家长都明晰地表达了对教育机器人的需求，并对教育机器人运用持积极态度。
英语教育与机器人教育是各学段学生都适用的需求。从现在机器人的开展示状看，运用教育机器人辅佐学生学习英语，的确有利于发挥教育机器人功用，又能满意部分学生学习英语的需求。随同人工智能、编程教育、STEAM 教育的鼓起，绝大部分的教师和学生都期望把握与机器人相关的常识，因而多个集体都提出了机器人教育的需求。
适用家庭的需求显着多于适用校园的需求。 在教育机器人扮演的 17 种人物中，除了机器人社会服务人员仅仅适用于社会公共场所外，其他人物简直都具有部分适用家庭场域的特性，也便是说单纯仅仅适用于校园场域的人物类型十分少，只要机器人助教和智能教室管控两种人物。
与学生进行对话和情感沟通的需求较为杰出。多个集体都明晰地表达了期望机器人能够成为学生知己火伴的需求，其间运用了比如谈天、说心里话、疏解
心理压力、进行心境陪同、与学生情感沟通、对学生进行心理健康教导、调控心情、做学生的心灵导师等陈说。
对教育机器人按教育规则施行教育的需求较为杰出。辅佐学生的学习或教师的教育在一切需求中占有肯定重要方位。在这些需求中，不只提出教育机器人需求具有强壮的常识储藏、能对学生进行答疑解惑、施行部分课程的教育等，还对机器人应把握教育规则提出了要求。
人们的需求是教育机器人未来的开展方向。全体上看，学生、教师和家长提出了较多的需求，其间的少量需求内容已经在部分教育机器人产品上有所表现，
而大部分需求还未能有用完结。学生、教师和家长提出的教育机器人需求，代表了未来教育机器人的开展方向。
三、 专用教育机器人探究之路1、 教育机器人的要害技能
教育机器人未来开展的三项要害技能：人机交互、机器视觉、情境感知。
人机交互。 人机交互（Human-Robot Interaction）首要是研讨人和机器人之间的信息交互或对话，是与认知己理学、人机工程学、言语学、社会学、计算机科学等密切相关的归纳交叉学科。人机交互是智能服务机器人年代的前沿性、要害性技能，教育机器人作为智能服务机器人在教育范畴的典型运用，其教育服务功用的规划与开发相同离不开人机交互技能。
机器视觉。 机器视觉（Machine Vision）是运用机器代替人眼来进行各种丈量和判别的技能。开展机器视觉技能能够为机器人制作视觉体系，好像人类视觉体系的效果相同，使机器人能以智能和灵敏的办法对其周围的环境作出反应。在教育范畴中，怎么辨认教育场景，开发更具教育适应性的机器人，应成为教育机器人厂商要点重视的问题。
情境感知。 情境感知（Context Awareness）是指在进行决议计划时，运用其时的各种弥补信息对决议计划进行改善，以保证做出能够支撑动态改变的商业和 IT 环境的正确决议计划。在某些研讨范畴，情境感知被作为共享、反思、协作的办法。从教育视点动身 , 机器人需求在动态、不知道、非结构化的杂乱教育环境完结不同类型的教育服务，这就对教育机器人的情境感知技能提出了更高的要求。
2、 教育机器人规划现状
教育机器人本体规划与研制还处在初级阶段。 教育机器人的本体还未构成体系化的规划方案，在架构、总线、通讯、接口、规范等方面都还没有构成规范；
此外，教育机器人的本体规划还未构成与计算机、手机等类似的规划效应；再者，归于根底性研讨的内容还仅仅零散地出现在相对独立的技能环节中，不足以支撑起整个职业的打破性开展。
运用场景剖析是教育机器人规划的起点。 教育机器人的规划与研讨有两种开展取向：一种是以科学研讨为导向，一种是产品出产为导向。不管是哪种取向的规划与研讨，要想教育机器人能进入教育服务的运用实践中，都需求先进行运用场景的剖析，依据运用场景中存在的需求，从而确认该场景下需求完结的功用，以及或许的完结办法。
智能化是教育机器人规划的着力点。 未来 10 年，人工智能将成为最具颠覆性的技能，提高智能类技能的服务体会将是教育机器人规划的着力点。教育机器人的智能化表现为在人机交互、机器视觉、情境感知等技能的支撑下，应该具有能动地满意不同人群各种教育需求的特点。
模块化规划是教育机器人本体规划的趋势。与计算机、手机等电子设备比较，机器人的本体结构还没有构成规范，更首要的特点是，组织件、硬件的规划需求匹配机器人的外形。选用模块化的办法将教育机器人规划成多个有机的模块，运用必要的通讯协议、接口进行信息和操控指令的传递，比较适用于教育机器人的本体规划。
教育机器人智能规划中一般选用堆叠的办法。一方面，教育机器人的智能实质是人工智能的运用，其间又包含了多种智能成分，而各种智能成分之间还没有构成体系化，堆叠智能是现在来讲比较有用的办法。另一方面，机器人的智能在必定程度上等同于机器人的运算才干，而教育机器人完结智能的运算中包含了太多的运算要求，提高机器人智能的一种途径便是为机器人规划各具 AI 功用的模块，将运算力要求涣散到各个模块中，以下降关于主 CPU 运算才干的压力。从必定视点讲，运用分布式多 CPU 的模块化结构，增强机器人运算力的办法，也是一种堆叠智能的办法。
教育机器人有待开展更多的教育适用性智能。 尽管教育机器人不会代替教师的教育功用，可是若使教育机器人更担任教育服务，一方面是提高教育功率，另一方面需求在功用上进行打破。在这个过程中，教育机器人需求在教室、家庭这两个最能表现教育服务特性的场景中具有更强更多的功用，展示其或许的运用价值百科。
四、教育机器人工业现状： 齐头并进的七层链条1、 教育机器人工业链结构
经过调研教育机器人工业相关的厂商现状，针对教育机器人工业的未来开展趋势，以老练开展的平板电脑工业链为参阅，教育机器人的 7 层工业链结构图，如下图所示。
▲教育机器人工业链结构图
教育机器人与工业机器人比较，在形状、构成和功用上愈加杂乱，加之开展时刻较短，依然处于前期的创业探究阶段，教育机器人的 7 层工业链中的企业并非严厉的上下流联系，部分企业一起具有多种人物。
在教育机器人的 7 层工业链结构中，“AI 芯片制作商”供应机器人所需的人工智能芯片，这是完结机器人智能的根底；“硬件制作商”供应组成机器人的主板、操控板、舵机、传感器、通讯模块、底盘移动组织、电源等各种零部件的制作、拼装及测验；“体系途径开发商”开发与办理软、硬件资源的体系途径，供应人机互动最重要的天然用户接口（Natural User Interface，简称 NUI）；“运用服务供货商”依据体系途径，开发包含教与学课程在内的各种教育服务功用软件，并由“内容供货商”供应教与学过程中所需的内容；“体系集成商”担任将商场需求与软、硬件功用整组成一个终究产品；“途径商”经过各式实体与虚拟出售途径，将产品传递到终究顾客或运用者。
2、教育机器人工业链的开展
跟着商场需求具体化、技能开展逐步老练、出产本钱下降，商场会自发构成多样的竞赛与协作联系，以满意多变、多样的商场需求，从而也会引发工业链的改变，未来将有或许开展许多工业联系。
依据工业链的开展示状及类似工业的开展进程，由上游至下流可整理出以下 6 项未来工业开展趋势。
教育机器人工业链构成专业分工。 教育机器人仍处于初始开展阶段，现在大都教育机器人的厂商简直触及研制、规划、出产、出售等各工业链环节，如法国的 Aldebaran 推出 NAO。而家庭心情智能机器人 Pepper，由 Aldebaran 厂商研制规划、鸿海富士康科技出产制作、软银出售宣扬，构成工业链逐步专业分工的趋势。跟着服务型机器人商场的逐步老练，未来教育机器人的工业链将向专业分工的方向开展。
服务机器人制作技能老练，加快教育机器人开展。 我国享有国际工厂的盛名，全球超越 70% 的玩具、50% 的手机，皆来自于我国制作。方针上，“我国制作2025”规划中，更是将机器人列为十大要点开展范畴，规划十年期制作开展的方针。未来，跟着硬件制作商在伺服舵机、减速器等要害零组件的技能老练，硬件制作的技能与本钱将下降，这意味着，除与形状密切相关的组织件外，机器人的硬件产品差异化将越来越小，深化各范畴运用成为开展重心，将加快机器人各种教育运用的开展。
天然人机交互将成为工业要害技能。 教育机器人相较于运用其他智能设备进行教与学的活动，优势在于天然的人机互动办法，例如肢体动作、语音、图像辨认等；以及赋予机器人具有如人类考虑的才智才干。让机器人与机器人或机器人与人之间，能够如人类般天然地感知交互，以下降学习中的运用妨碍，在教育范畴中有着特别的重要效果，使天然人机交互成为教育机器人的工业要害技能。
教育专属运用服务程序与内容凸显商场产品价值百科。教育机器人的优势在于天然人机交互的规划，在构成机器人的生态体系后，第三方软件开发商将可运用天然人机互动接口，以机器人的表情动作、感知输入的功用，开发丰厚的教与学情境的运用程序服务与内容。未来，不管教育机器人是独自运用仍是协作其他移动设备的运用，在服务机器人的商场逐步遍及方面，将招引更多的第三方开发者参加，而专归于教育机器人的运用服务与内容的供货商将构成巨大的商机。
专业教育机器人成为体系集成商的蓝海商场。体系集成商除了探究机器人代替劳力作业的运用外，更有时机研制如师徒制般将传统技艺保存、专业技能训练等专业范畴的教育运用。乃至机器人能够融入个人的日子，在日子中以做中学、学中做的办法学习各种日子技能。如今快速变化的商场，体系集成商投入专业场域的教育机器人研制，将有时机成为蓝海商场。
工业链生态体系的竞赛。如今在机器人制作、体系途径、第三方运用程序、教育内容趋向老练开展的一起，唯有经过严密的协作、结盟，构成完好工业链的生态体系，才干足以树立工业链巨大的竞赛优势。因而，关于各工业链的成员而言，除专心于范畴中技能、商场的开展，更可参阅生态体系的概念开展。
五、 未来， 千帆竞发的生态体系
归纳商场产品、工业链与商场规划的剖析与猜测，教育机器人未来商场开展猜测，如下图所示。
▲教育机器人的未来商场开展猜测
1、商场规划
依据全球教育机器人的相关商场调查陈说及类似产品的开展进程，本白皮书提出包含终端消费、教育组织、教育套件与 STEAM 玩具套件商场模型 4 个方面关于教育机器人的商场模型猜测。其间，终端消费、教育组织商场模型用以预估教育服务机器人的商场模型；教育套件与 STEAM 玩具套件商场模型用以预估机器人教育的产品商场规划。2019~2023 年 4 个模型的商场规划具体预估，如下图所示。
▲2019~2023 年教育机器人商场规划预估（单位：亿美元）
终端消费商场规划预估——至 2023 年将到达 3272 亿美元。 教育服务机器人方面，产品类似于个人移动计算机及平板计算机的体系结构。参阅以上两个产品的开展进程，能够发现：一项新产品从消费商场进入教育商场，均匀需求 3 年时刻。在均匀价格下降到 500 美元的水平下，进入教育商场的前 3 年出货量可累计到达约 600 万台。
教育组织商场规划预估——至 2023 年将到达 24 亿美元。参阅美国 2010 年劳动力出产总额陈说，服务劳动力从事教育的比率为 17%，课题组预估服务机器人能替代约 8% 的教育劳动力出产总额。据商场调研组织 Markets and Markets 计算，2016 年至 2022 年全球服务机器人将以 15.18% 的年复合增加率增加，服务机器人将构成一个新的劳动力商场。
教育套件商场规划预估——至 2023 年将到达 31 亿美元。从机器人教育方面而言，可编程机器人作为教育套件，商场规划依据 Markets and Markets 陈说计算，2018 年可编程机器人市值 18.34 亿美元，Redfield Report 陈说指出可编程机器人将以 11.57% 的复和增加率增加。
STEAM 玩具套件商场规划预估——至 2023 年将到达 36 亿美元。 越来越多的智能玩具以 STEAM 教育作为规划理念，依据 Infiniti Research（2014）陈说显现，全球玩具商场未来将以年复合增加率 4.17% 速度增加。Toy Industry Association 的陈说显现，具有 STEAM 教育效果的产品约占一切玩具 3% 的营收。
依据全球教育机器人的相关商场调查陈说及类似产品的开展进程，预估至 2023 年教育机器人商场规划将到达 841亿美元。其间教育服务机器人相较于机器人教育商场具有更大的营收额，至 2022 年预估将进一步大幅度增加。此外，依据 Markets and Markets（2016）的猜测，预估教育服务机器人商场的服务与内容营收，将占全体商场 78%。
2、 未来商场竞赛与协作剖析
依据教育服务机器人产品的中心价值百科，可区分为通用型及专用型两类。例如：儿童文娱教育火伴、家庭智能助理、智能玩具的产品类型，机器人产品满意教育、文娱、关照、游戏等多功用服务的中心价值百科，构成通用型的教育服务机器人。另一方面，讲堂助教机器人、特别教育机器人、医疗手术训练机器人、机器人“教师”、工业制作训练等产品类型，机器人产品针对教育情境供应专属规划的中心价值百科，构成专用型的教育服务机器人。
通用型教育服务机器人的商场竞赛，招引满意的第三方运用程序开发商参加。一方面，开发供应途径服务运用程序的价值百科。另一方面，发明更多商场上运用者的需求。当运用者的人数到达必定基数时，途径逐步构成工业规范，并开展特有的运用程序商铺，带动工业链上、下流厂商的开展。此生态系的竞赛，类似于笔记本电脑、智能型手机、平板计算机的开展进程。通用型教育服务机器人商场联系开展如图所示。
▲通用型教育服务机器人商场联系开展
专用型教育服务机器人商场，将由途径商与体系集成商扮演重要人物。体系集成商打造独有品牌价值百科的机器人系列产品，经过途径商推行，成为商场上顾客的重要挑选。由教与学的需求，推进整个工业链内容供货商、运用服务供货商、体系途径开发商、硬件制作商及 AI 芯片制作商等的开展。这个生态系好像教育用平板、电子互动白板、智能教室等教育科技产品的开展，体系集成商将扮演解决方案供货商的人物，满意各式教育机器人品牌商的价值百科需求。专用型教育服务机器人商场联系开展如下图所示。
▲专用型教育服务机器人商场联系开展
智东西以为，教育机器人是机器人运用于教育范畴的代表，是人工智能、语音辨认、人机交互、机器视觉、情境感知等技能运用在教育中运用的典型，以培育学生的剖析才干、发明才干和实践才干为方针。教育机器人未来将成为趋势，当今社会需求具有立异认识、有发明性思维的人才，未来的社会更是如此。 至 2023 年，猜测教育机器人商场将超越 3000 亿美元，其间，教育服务机器人商场占比较大，其服务与内容营收占整个商场的 77.5% 以上。教育服务机器人这块新式的蓝海商场，值得厂商攻关技能瓶颈，投入开展。教育机器人未来将面向通用型与专用型两类产品开展，并各自开展出独有的工业链生态形式。跟着商场专心于细分范畴的产品需求发掘，在统筹布局下，企业能够将视界投向更细分的、更专用型的教育机器人产品商场上，以此进军教育机器人的蓝海商场。
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