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一、割草機(jī)器人行業(yè)現(xiàn)狀與市場潛力

1.1 市場規(guī)模與增長趨勢

據(jù)Grand View Research數(shù)據(jù)，2024年全球割草機(jī)市場規(guī)模為42億美元，預(yù)計(jì)2022-2030年的年復(fù)合增長率將達(dá) 5.7%。從保有量角度看，歐洲市場約1.5億戶家庭住宅，美國市場 1.3億戶家庭住宅，其中約60%-70% 擁有住宅花園，即將近8000萬。當(dāng)前割草機(jī)器人整體保有量滲透率不足3%。若樂觀假設(shè)，到2030年歐洲整體保有量滲透率提升至30%，美國提升至20%，割草機(jī)器人保有量將增至4000+萬臺(tái)。

從增量替代角度分析，割草機(jī)器人正逐步替代手推式和手持式割草機(jī)。目前全球手持+手推式割草機(jī)銷量在2600-3000萬臺(tái)，美國市場1400-1500萬臺(tái)，歐洲市場1200-1500萬臺(tái)。割草機(jī)器人在歐洲銷量滲透率為7%-8%，美國為1%。保守假設(shè)到2030年，歐洲銷量滲透率提高到20%-30%，美國為10%-20%，則割草機(jī)器人年銷量將突破500+萬臺(tái)。

1.2 技術(shù)路線與競爭格局

目前國內(nèi)割草機(jī)普遍采用“RTK+視覺”的技術(shù)路線，激光雷達(dá)因成本較高尚未成為主流。例如追覓是首家將激光雷達(dá)用于割草機(jī)器人的廠商。激光雷達(dá)精度高、部署簡便且不受遮擋影響；而RTK方案則需搭建基站，信號(hào)易受干擾且依賴視覺輔助。此外，還有部分企業(yè)嘗試其他技術(shù)組合，如科沃斯早期有嘗試過UWB+雙目視覺路線。

在競爭格局方面，市場參與者眾多，既有傳統(tǒng)園林工具企業(yè)，也有科技企業(yè)跨界進(jìn)入。當(dāng)然，也有不少先后停掉相關(guān)業(yè)務(wù)的，如安克創(chuàng)新、iRobot、河森堡等。

二、UWB 技術(shù)特性及其在割草機(jī)應(yīng)用中的理論優(yōu)勢

2.1 UWB 技術(shù)原理與特點(diǎn)

UWB 定位技術(shù)基于時(shí)間差測量（TDOA）或到達(dá)時(shí)間（TOF）的測距方法，利用超寬帶脈沖信號(hào)的高時(shí)間分辨率實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度。其抗多徑干擾能力強(qiáng)，電磁兼容性好，能效較高，功耗低。

2.2 在割草機(jī)應(yīng)用中的潛在優(yōu)勢

在割草機(jī)的路徑規(guī)劃方面，UWB的高精度定位可以使割草機(jī)更精準(zhǔn)地按照預(yù)設(shè)路徑作業(yè)，減少重復(fù)作業(yè)區(qū)域，提高割草效率。

在避障方面，UWB配合其他如攝像頭、碰撞傳感器等，能夠?qū)崟r(shí)、精準(zhǔn)地感知割草機(jī)周圍障礙物的位置，實(shí)現(xiàn)更可靠的避障。在庭院等復(fù)雜環(huán)境中，存在樹木、臺(tái)階、圍欄等多種障礙物，UWB的高精度定位可幫助割草機(jī)更好地識(shí)別和避開這些障礙物，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)割草機(jī)和周圍物品安全。

從作業(yè)效率優(yōu)化角度，精準(zhǔn)的定位可以讓割草機(jī)合理規(guī)劃割草順序和速度，減少不必要的移動(dòng)和等待時(shí)間，提高單位時(shí)間內(nèi)的割草面積，從而提升整體作業(yè)效率。

三、UWB 在割草機(jī)行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用案例與成效

3.1 科沃斯的早期嘗試

2022年10月，科沃斯推出了智能割草機(jī)器人GOAT G1,首次使用UWB超帶寬無線載波通信技術(shù)。當(dāng)時(shí)，UWB技術(shù)被期望能夠提升割草機(jī)器人的定位精度和環(huán)境感知能力，為用戶提供更智能、高效的割草體驗(yàn)。

3.2 應(yīng)用成效與問題分析

在實(shí)際應(yīng)用中，UWB技術(shù)確實(shí)在一定程度上提高了割草機(jī)器人的定位精度，在信號(hào)良好的情況下，能夠輔助割草機(jī)更準(zhǔn)確地規(guī)劃路徑和執(zhí)行割草任務(wù)。

然而，UWB也暴露出明顯的缺點(diǎn)。移動(dòng)端（割草機(jī)器人本體）為取得精準(zhǔn)坐標(biāo)，至少需要三個(gè)信號(hào)源來計(jì)算并獲取xy坐標(biāo)值（若是有高度差的草坪還需要考慮z軸坐標(biāo)值，則至少還要多布一個(gè)信號(hào)源），這不僅增加了成本，還需要在家庭草坪庭院內(nèi)安插至少3個(gè)信號(hào)樁，且信號(hào)樁可能還需穩(wěn)定供電（內(nèi)置電池則需定期更換），給用戶帶來極大不便。此外，UWB在遮擋環(huán)境下信號(hào)衰減顯著，定位精度不如RTK，科沃斯后續(xù)產(chǎn)品因此放棄了UWB，轉(zhuǎn)為RTK+視覺路線。

四、UWB 在割草機(jī)應(yīng)用中的挑戰(zhàn)與限制

4.1 技術(shù)層面的挑戰(zhàn)

UWB信號(hào)在遇到遮擋時(shí)，如被建筑物、樹木等遮擋，信號(hào)衰減明顯，導(dǎo)致定位精度大幅下降甚至定位失效。在庭院環(huán)境中，花園內(nèi)的樹木、亭子等障礙物眾多，會(huì)嚴(yán)重影響UWB信號(hào)的傳播，使得割草機(jī)器人在這些區(qū)域難以獲得準(zhǔn)確的定位信息，無法正常作業(yè)。實(shí)際應(yīng)用中，與RTK等技術(shù)相比，在復(fù)雜環(huán)境下，UWB難以持續(xù)提供穩(wěn)定、高精度的定位，影響割草機(jī)的作業(yè)質(zhì)量和效率。

4.2 成本與部署難度挑戰(zhàn)

4.2.1 硬件成本增加

如前文所述，割草機(jī)器人本體要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，需多個(gè)信號(hào)源，這增加了硬件成本。每個(gè)信號(hào)源的采購、安裝以及維護(hù)都需要投入資金，使得采用UWB方案的割草機(jī)器人整體成本上升，在市場競爭中處于價(jià)格劣勢。

4.2.2 部署復(fù)雜性

在家庭庭院中部署UWB信號(hào)源，需要考慮信號(hào)源的位置選擇、高度設(shè)置、供電方式等諸多因素。信號(hào)源位置設(shè)置不當(dāng)，會(huì)影響定位精度；供電問題若處理不好，如采用內(nèi)置電池需頻繁更換，會(huì)給用戶帶來極大不便。相比之下，一些其他定位方案，如“RTK + 視覺”中的RTK方案，雖然也有基站搭建問題，但在信號(hào)覆蓋和維護(hù)方面相對(duì)UWB的多信號(hào)源部署要簡單一些。

4.3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)限制

UWB技術(shù)的頻段使用等受到相關(guān)法規(guī)的嚴(yán)格限制。2023年工信部對(duì)UWB技術(shù)的使用頻率范圍進(jìn)行了收窄（規(guī)定UWB地面工作頻率范圍在CH7-CH9），并對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行了嚴(yán)格限制（等效全向輻射功率譜密度限制為不大于-41dBm/MHz）。這可能導(dǎo)致一些基于舊頻段設(shè)計(jì)的UWB設(shè)備需要進(jìn)行升級(jí)或重新設(shè)計(jì)，增加了企業(yè)的研發(fā)成本和時(shí)間成本。

五、UWB 與其他技術(shù)融合在割草機(jī)中的應(yīng)用探索

5.1 UWB與IMU融合

5.1.1 融合原理與優(yōu)勢

UWB與慣性測量單元（IMU）具有互補(bǔ)性。UWB提供全局絕對(duì)位置，但易受遮擋影響；IMU通過加速度計(jì)和陀螺儀測量載體的線加速度和角速度，通過積分計(jì)算位置和姿態(tài)，具有高頻輸出（≥100Hz）、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于動(dòng)態(tài)環(huán)境下的姿態(tài)估計(jì)，但存在累積誤差隨時(shí)間增長的問題。通過擴(kuò)展卡爾曼濾波器（EKF）融合兩者數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)：UWB校正IMU的累積誤差，IMU彌補(bǔ)UWB的低更新率。

在割草機(jī)作業(yè)時(shí)，當(dāng)UWB信號(hào)受到遮擋，IMU可以繼續(xù)提供相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息，保證割草機(jī)的姿態(tài)和位置估計(jì)的連續(xù)性；而當(dāng)UWB信號(hào)恢復(fù)正常時(shí)，又可以對(duì)IMU的累積誤差進(jìn)行校正，從而提高整體定位的魯棒性和精度。

5.1.2 實(shí)際應(yīng)用案例與效果

在一些研究和試驗(yàn)中，將UWB與IMU融合的方案應(yīng)用于割草機(jī)模型。結(jié)果顯示，在模擬的復(fù)雜庭院環(huán)境中，割草機(jī)在面對(duì)信號(hào)遮擋等情況時(shí)，依然能夠較為穩(wěn)定地保持作業(yè)路徑，定位精度在一定程度上得到保障。相比單獨(dú)使用UWB或IMU，融合方案減少了定位誤差的累積，提高了割草機(jī)在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的適應(yīng)性。然而，該方案在實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如EKF算法的計(jì)算復(fù)雜度較高，對(duì)割草機(jī)的硬件計(jì)算能力有一定要求，可能增加硬件成本；同時(shí)，如何進(jìn)一步優(yōu)化融合算法，以更好地適應(yīng)不同環(huán)境和作業(yè)場景，還需要深入研究。

5.2 UWB與其他傳感器的融合可能性探討

除了與IMU融合，UWB還可以與其他傳感器如激光雷達(dá)、攝像頭等進(jìn)行融合。與激光雷達(dá)融合時(shí)，激光雷達(dá)可以提供高精度的周圍環(huán)境三維信息，UWB則提供精確的定位信息，兩者結(jié)合可以使割草機(jī)更全面地感知周圍環(huán)境，在復(fù)雜地形和障礙物較多的情況下，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的避障和路徑規(guī)劃。

與攝像頭融合，攝像頭可以通過圖像識(shí)別技術(shù)識(shí)別草坪邊界、障礙物類型等信息，UWB負(fù)責(zé)定位，兩者相互補(bǔ)充，能夠提高割草機(jī)對(duì)環(huán)境的理解和應(yīng)對(duì)能力。例如，在光線良好的情況下，攝像頭可以準(zhǔn)確識(shí)別草坪中的小障礙物，UWB確保割草機(jī)準(zhǔn)確停在障礙物附近進(jìn)行規(guī)避操作，從而提升割草機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)安全性和效率。但多種傳感器融合也帶來了數(shù)據(jù)融合算法復(fù)雜度增加、硬件成本上升以及系統(tǒng)穩(wěn)定性維護(hù)等一系列問題，需要進(jìn)一步探索解決方案。

六、UWB 在割草機(jī)行業(yè)的未來發(fā)展前景展望

6.1 短期發(fā)展趨勢

在短期內(nèi)，由于UWB技術(shù)自身的局限性以及市場上已有更成熟、更具性價(jià)比的定位方案（如“RTK + 視覺”），UWB在割草機(jī)行業(yè)的應(yīng)用推廣可能會(huì)面臨一定困難。企業(yè)可能會(huì)更多地將UWB與其他技術(shù)進(jìn)行小規(guī)模的融合試驗(yàn)，探索其在特定場景下的應(yīng)用潛力，如在一些地形特別復(fù)雜、對(duì)定位精度要求極高的高端割草機(jī)產(chǎn)品中，嘗試UWB 與其他傳感器的融合方案，以滿足特定客戶群體的需求。同時(shí)，隨著 UWB技術(shù)在其他領(lǐng)域（如智能手機(jī)、汽車等）的應(yīng)用逐漸普及，相關(guān)硬件成本可能會(huì)有所下降，這也為UWB在割草機(jī)行業(yè)的潛在應(yīng)用提供一定的成本優(yōu)化空間。

6.2 長期發(fā)展?jié)摿?/strong>

從長期來看，如果UWB技術(shù)能夠在信號(hào)遮擋、成本降低、部署便利性等方面取得突破，其在割草機(jī)行業(yè)仍具有較大的發(fā)展?jié)摿?。例如，若研發(fā)出能夠有效穿透遮擋物的UWB信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)，或者通過技術(shù)創(chuàng)新大幅降低多信號(hào)源硬件成本和部署難度，UWB有望在割草機(jī)定位領(lǐng)域占據(jù)更重要的地位。

此外，隨著智能家居、智能庭院概念的不斷發(fā)展，割草機(jī)作為智能庭院的重要組成部分，對(duì)其智能化、精準(zhǔn)化作業(yè)的要求將不斷提高。UWB技術(shù)若能與未來更先進(jìn)的傳感器技術(shù)、人工智能算法深度融合，實(shí)現(xiàn)更高效、智能的割草作業(yè)，將有可能迎來市場應(yīng)用的爆發(fā)期。同時(shí)，隨著全球環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，電動(dòng)智能割草機(jī)市場規(guī)模將不斷擴(kuò)大，這也為UWB等先進(jìn)技術(shù)在割草機(jī)行業(yè)的應(yīng)用提供了更廣闊的市場空間。