柔性机器人在医疗工业场景应用报告

柔性机器人作为机器人领域的新星，其研究目的旨在创造能与人类实现完美互动的灵活机器人。新型机器人的设计灵感往往源于自然界，使机械更为有机化。立体打印技术的出现，为这些机器人注入更多灵活性。

近年来，机器人制造技术日益成熟，其在工业、医疗等领域的应用案例不断增加，商业化进程明显加快。金准数据预测，从2015年到2021年，机器人市场规模将由270亿美元增长到460亿美元，年均复合增长率高达9.4%。在所有类型的机器人中，应用于国防、工业、消费领域的机器人种类繁多，相应领域的营收占比也居前三。

金准数据还深入解读了仿生和机器视觉等技术原理在医疗和工业两大场景的应用，揭示了柔性机器人的重要作用。文章同时指出，国产机器人在工业机器人领域的发展面临两大挑战。

国产工业机器人产业起步相对较晚，与被誉为“四大家族”的库卡、abb、安川、发那科等技术差距明显。尽管如此，随着技术的不断进步和市场的需求增长，国产工业机器人在追赶国际先进水平的道路上不断迈进。柔性机器人的发展具有巨大的潜力与空间，未来值得期待。当前，中国的市场占有率超过八成的是四大巨头企业。前三家在全球机器人销售市场上销量突破二十万，同时在我国拥有大量的本土专利。工业机器人的国产化进程仍然步履缓慢。这些企业凭借其强大的技术实力，在机器人行业中占据主导地位。

▲ 工业机器人的核心技术企业分为三个层次：上游、中游和下游。在工业机器人核心零部件的关键技术方面，主要涉及到控制器（控制技术）、减速机以及机器人专用伺服电机及其控制技术。这些技术对于工业机器人的性能和质量起着至关重要的作用。

由于未能掌握这三大核心零部件技术，国内机器人产品主要以下游系统集成为主。这一现象与过去两年的服务机器人热潮相对应，虽然订单分散，但毛利率较低。在核心零部件方面，国内有超过八成的产品依赖进口。而且，采购成本比外企自用要高三五倍以上，因此进口替代的空间巨大。

▲国内工业机器人企业业务概览

在浩瀚的工业海洋中，国内有437家工业机器人企业，它们各自独特的业务构成了这个领域的一道亮丽风景线。这些企业不仅展示了工业机器人的最新技术，也反映了中国制造业的蓬勃生机。

在它们繁荣的背后，隐藏着一些挑战。订单的非标准化，如同一道无形的桎梏，限制了这些企业的ROE（净资产收益率）的提升。这种现象尤其在汽车工业领域尤为明显。汽车制造业对焊接的精度要求极高，这使得工业机器人的研发和制造面临巨大挑战。新进入者往往需要投入巨额资金和漫长的时间来研发和生产满足这些精度要求的机器人。国内传统工业机器人企业在提升ROE的道路上遭遇重重阻碍。

两大挑战困扰着国内工业机器人产业的发展：一是采购方对精度的高要求，使得投入成本高昂且研发周期漫长；二是核心技术的缺失，限制了企业的创新能力和市场竞争力。这两个问题相互交织，共同阻碍了国内工业机器人产业的进步。正是这些挑战，促使着企业不断突破自我，追求卓越。在这个充满机遇与挑战的行业中，国内工业机器人企业正以前所未有的速度向前发展，展现出了无限的可能性和潜力。它们将继续努力，探索新的技术，开拓新的市场，为中国的制造业注入更多的活力。随着技术和市场的不断变化，国产工业机器人面临着多方面的挑战。由于需求分散，无法形成规模化优势，导致盈亏平衡点不断攀升，这对于国产工业机器人的发展来说是一个巨大的难题。尽管国产工业机器人已经在非汽车行业的新兴领域得到了广泛应用，尤其是那些年出货量达到2000至3000台的六轴工业机器人，已经成为国内自主品牌的佼佼者。随着外资和合资品牌工业机器人的价格逐渐降低，国产工业机器人的盈亏平衡点被不断推高。这种局面使得一些生产无法规模化的产业容易丧失研发投入的动力。

随着科技的进步，柔性机器人作为一个新兴领域崭露头角。它的出现得益于仿生学和机器视觉的快速发展。柔性机器人主要由易变形的物质组成，如液体、凝胶和弹性体等，这些物质的弹性和流变特性与生物组织和器官相匹配。这一领域的进步不仅推动了工业机器人技术的发展，也为未来的工业生产带来了更多的可能性。

《探索柔性机器人：理论、制造及应用市场》

导语：随着科技的飞速发展，柔性机器人已逐渐崭露头角，其独特的柔性与灵活性为各个领域带来了革命性的变革。本文将带您深入了解柔性机器人的理论、制造及应用市场，并特别关注其特点。

一、柔性机器人的理论基础

柔性机器人，作为一种模拟生物柔性与灵活性的高科技产品，正逐渐成为市场的新宠。其中，仿生柔性机器人偏向于医疗领域，它们如同自然界的生物一般，展现出惊人的适应性与灵活性。

二、柔性机器人的制造与应用市场

在制造领域，柔性机器人的诞生为工业自动化带来了新的机遇。特别是六轴以上的工业级柔性机器人，它们凭借机器视觉技术，在精密制造、物流仓储等领域大放异彩。这些机器人不仅能够完成高精度作业，还能适应复杂环境，极大地提高了生产效率。

三、柔性机器人的三大组成部分

从原理上看，柔性机器人由机器感知、机器行动与人机交互三大部分组成。其中，机器感知使得机器人能够识别环境与任务；机器行动则为机器人提供了柔性与灵活性；而人机交互则实现了人与机器人之间的顺畅沟通。

四、柔性机器人的特点

柔性机器人凭借其独特的柔性与灵活性，在各个领域展现出巨大潜力。它们能够适应复杂环境，完成高精度作业，并具备高度自主性。柔性机器人在医疗、救援等领域也发挥着重要作用，为人类社会带来了诸多便利。

▲柔性机械的三维艺术构图

源于仿生学的柔性机器人，设计初衷是为了在各种极端环境中代替人类，甚至超越人类的能力。它们需要与软材料、生物或人工复制的生物功能密切交互。机器感知层的材料选择至关重要，一般具有超过10^9 Pa的杨氏模量（相比之下，皮肤、肌肉等结缔组织的杨氏模量为10^2 ~10^6 Pa）。

柔性机器人的操控是一个巨大的挑战。机器人的行动依赖于每个活动关节处的驱动器（actuator），这些驱动器就像是机器人的“肌肉”，使它们能够灵活移动。目前，应用于柔性机器人的执行机构类型多样，包括电活性聚合物、绳驱动器、形状记忆合金以及流体驱动器等。控制这些驱动器的方案更为复杂，仍需深入研究与开发。

至于人机交互功能，虽然深度学习和自然语言处理（NLP）技术的运用为其提供了强大的支持，但并不是所有柔性机器人都需要。它们可以根据实际需求和应用场景进行选择。这样的设计使得柔性机器人在满足功能需求的也能更好地适应不同的使用环境和用户需求。

柔性机器人作为一种新兴的技术产物，其设计、制造和应用都充满了挑战与机遇。随着技术的不断进步，我们有理由相信，柔性机器人将在未来发挥更大的作用，为我们的生活带来更多的便利。▲机器视觉机器人：从图像到动作的精准流程

基于机器视觉的工业机器人，是一个集图像采集、图形处理与运动控制于一体的智能系统。它如同拥有一双智能的“眼睛”和灵活的“手”，能够精准地完成各种任务。

图像采集部分，如同机器人的“眼睛”，负责捕捉目标物体的图像。这里，我们主要使用两种图像摄取装置：CMOS和CCD。它们捕捉到的图像信息，为机器人的后续动作提供了基础数据。

接下来，图形处理部分开始发挥作用。这部分硬件包括相机、光源、图像采集卡，而软件则通常安装在PC端或集成在触摸屏中。它们对采集到的图像进行实时处理和分析，识别出目标物体的特征，为机器人的运动控制提供指导。

机器人的工作流程进入关键阶段——运动控制。在这个阶段，机器人根据图形处理部分提供的数据，进行逆运动学求解，得出各关节的位置给定值。这一过程相当于机器人理解并响应“指令”的过程。

机器人通过高精度的末端执行机构，根据计算出的结果调整位姿，完成指定的任务。这一系列动作如同机器人的“手”，精准地执行着最后的操作。

机器视觉机器人通过图像采集、图形处理与运动控制的协同工作，实现了从识别目标物体到精准完成动作的完整流程。这一技术的运用，不仅提高了工业生产的自动化水平，更推动了智能制造的发展。▲探索不同类型机器人的性能差异

柔性机器人，以其独特的性能在机器人领域中独树一帜。这种机器人拥有分布变形的特性，理论上可以拥有无数分支，造就了一个超冗余的配置空间。在这个广阔的空间中，柔性机器人的尖端可以抵达三维工作空间中的任何一点，而其形状或配置却是千变万化的。

这种机器人的伸缩性出色，使得它们可以与障碍物巧妙地协调。它们能够轻松携带柔软且易碎的物品，而不会对其造成任何伤害。凭借应变变形的优势，柔性机器人甚至可以通过比其名义尺寸更小的开口进行挤压，展示出惊人的通过能力。

这样的特性使得柔性机器人在某些领域具有无可比拟的优势。它们成为类人机器人的理想选择，与人互动时无需担心造成伤害。对于需要高度灵活性的工业机器人来说，它们可以轻松地到达狭窄的空间进行服务和喷漆。在医疗领域，柔性机器人为外科手术提供了更为精细和灵活的操作。在国防和救援等需要在非结构化环境中操作的场合，柔性机器人也发挥着越来越重要的作用。

柔性机器人的独特性能和广泛的应用领域，使它们在机器人世界中成为了炙手可热的焦点。随着技术的不断进步，我们有理由相信柔性机器人在未来会有更多的突破和应用。两大应用场景的深入探索

医疗领域：一个潜力巨大的应用空间，估计规模达75亿

让我们深入了解一下医疗领域的应用场景。医疗机器人，作为柔性机器人最典型并且已经商业化的应用，正逐渐改变医院和诊所的传统工作方式。它们被广泛应用于医疗或辅助医疗领域，为病患提供更加高效、精准的服务。

医疗机器人的功能丰富多样，可以根据不同的需求进行划分。手术机器人、康复机器人、护理机器人、救援机器人以及转运机器人等，各类机器人各司其职，共同为医疗领域带来革新。

手术机器人：在医生的操控下，精准地完成微创手术等操作，提高手术成功率，减少人为因素的干扰。

康复机器人：帮助患者进行康复训练，通过科学的运动模式和力度调整，促进患者恢复身体功能。

护理机器人：为病患提供日常的护理和照料，减轻医护人员的工作负担，提高护理效率。

救援机器人：在灾难现场或疫情隔离区等危险环境中进行救援工作，降低救援人员的风险。

转运机器人：在医疗机构内部进行药品、器材等物资的转运，提高物流效率。

▲达芬奇手术机器人探秘

在科技的前沿，达芬奇手术机器人已成为了手术领域的明星。这款由美国直觉外科公司（Intuitive Surgical）研发的机器人，被赋予了新的名字——达芬奇外科手术机器人（内窥镜手术器械控制系统）。它不仅仅是一个简单的机器，更是医生手中的一把利器。在医生的操控下，主刀医师并不直接触碰病人，而是通过三维视觉系统和动作定标系统来进行精确的操作。机器人的机械臂和手术器械如同医生的双手和眼睛，模拟完成每一个细微的手术动作。

▲达芬奇手术机器人：传统与创新的碰撞

达芬奇手术机器人代表着当今手术机器人的巅峰水平。它的背后隐藏着三大核心科技：可自由运动的手臂腕部EndoWrist、3D高清影像技术，以及人性化的主控台人机交互设计。这三大技术如同手术的三大支柱，支撑着整个手术过程的精确和稳定。其中，EndoWrist赋予了机器人像人手一样的灵活性，让手术操作更为精准；3D高清影像技术则为医生提供了清晰的手术视野；而主控台的人机交互设计则确保了医生能够顺畅地与机器人进行沟通。这三者的结合，使得达芬奇手术机器人在手术中实现了柔性机器的机器感知、机器行动和人机交互的完美融合。

这样的技术革新，无疑为现代医疗带来了革命性的改变。达芬奇手术机器人的出现，不仅提高了手术的精确性和成功率，也减轻了医生的工作负担，更是为病人带来了更安全的手术环境。根据当前医疗技术的尖端发展，特别是达芬奇手术机器人的进步以及全球相关技术的研发趋势，申万宏源预测，医疗机器人的未来技术发展方向将聚焦于力触觉反馈系统、导航定位系统和自然腔道机器人系统。这一预测并非空穴来风，以下是其背后的原因：

1. 力触觉反馈系统：现有的腹腔镜临床手术机器人主要依赖视觉反馈系统。在外科医生操控机械臂进行手术时，他们需通过解析视觉信息来实时判断器械对组织的作用力以及识别其他组织特征。这无疑为手术效率带来了一定的影响。为了提升手术的精准度和效率，力触觉反馈系统的进步显得尤为重要。

2. 导航定位系统：在没有手术导航系统的时代，医生大多依赖内镜进行微创手术或开放性手术。与开放性手术相比，微创手术的优势在于创伤较小；而与内窥镜介导的微创手术相比，借助手术导航系统进行的微创手术则具有更高的精度和更广泛的应用范围。导航定位系统的进一步发展将无疑为手术带来更高的成功率。

3. 自然腔道机器人系统：这一系统是指通过人体自然孔口（如口腔、肛门、阴道口、尿道口等）进入腹腔或胸腔进行操作的手术。尽管目前已有机构在达芬奇手术系统上进行相关的动物实验，但临床推广仍然面临巨大挑战。随着技术的不断进步和临床应用的深入，自然腔道机器人系统有望成为未来手术的一种重要方式。

在医疗机器人的功能模块图中，这三个方向代表了未来技术发展的三大核心领域。随着科研人员的不断努力和技术的持续创新，我们有理由相信，这些技术将逐渐应用于临床实践，为医生和患者带来更大的便利和效益。在全球手术机器人市场的宏大舞台上，2014年市场规模已经达到32亿美元，根据Winter Green Research的数据，预计到2021年将达到惊人的200亿美元。市场重心正悄然转移，亚洲正成为这个领域发展的前沿地带。这个市场的增长动力十足，如同手术机器人技术一样，充满了无限可能。

直觉外科公司的达芬奇手术机器人，在已获得认证资质的国家中，为全球每年约400万台手术提供了有力支持。这相当于全球每年需要约2万台设备，形成了一个高达40亿美元的年度材料服务市场。这些数字不仅揭示了手术机器人技术的普及程度，更凸显了其巨大的市场潜力。

那么，我国手术机器人的市场状况如何呢？通过对手术机器人的适应症进行深入研究，我们得以窥探其在国内市场的规模。据测算，国内手术机器人的服务市场规模已经达到了75.35亿元/每年。考虑到潜在购买方的需求和适应症市场规模的双重因素，这一数字或许只是冰山一角。

申万宏源的研究更是令人振奋，他们认为手术机器人在国内的潜在市场空间高达136.73亿元/年。这一乐观的预测，无疑为手术机器人行业注入了更多的活力与期待。随着技术的不断进步和市场的日益成熟，手术机器人有望在未来几年内迎来更加繁荣的发展时期。

手术机器人市场正处于蓬勃发展的阶段，不仅全球范围内市场规模逐年扩大，而且在技术和应用方面也在不断创新和突破。作为这个市场的重要一环，中国的手术机器人市场同样充满了机遇和挑战。随着市场的深入发展，我们有理由相信，未来的手术机器人技术将更加成熟，应用将更加广泛，市场将更加繁荣。工业领域正在经历一场由机器视觉驱动的国产逆袭。在这场变革中，五轴和七轴机器人作为核心力量，正助力国产工业实现跨越式发展。

当我们谈论五轴和七轴机器人时，它们在工业领域的应用已经成为标志性的技术革新。这些机器人通常被归为柔性机器人类别，其中的轴数代表了机器人的灵活度。业界通常将大于六轴的机器人称为柔性机器人，而五轴机器人则是许多工业机器人的标准配置。

在机器人技术中，七轴机器人特别引人注目。这种被称为柔性（冗余）机器人的七轴机器人，相比六轴机器人具有更高的灵活性。额外的轴使得七轴机器人能够躲避某些特定目标，同时让末端执行器能够轻松到达特定位置，从而更好地适应各种复杂多变的工作环境。

三代柔性机械手的性能深度比较

柔性机械手，作为自动化生产过程中的核心装置，以其独特的抓取和移动工件功能，在机械化、自动化生产中占据了重要地位。它已经成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC不可或缺的一部分。今天，我们来深入探讨三代柔性机械手的性能差异。

第一代柔性机械手以其基础功能为主打，实现了简单的自动化操作。随着技术的不断进步，第二代柔性机械手在性能上有了显著的提升，不仅操作更为精准，而且在适应性和灵活性方面有了更大的突破。来到第三代，柔性机械手的性能再次得到飞跃式的提升，高度的自主性、智能化和超强的适应性成为其显著特点。

与此在感知和处理端，视觉工业机器人在原有基础上通过集成摄像头、传感器等感知部件，结合深度学习算法，实现了自我判断和操作。这一创新技术使其能够适用于零售仓库等非结构化场景，大大提高了适用性和操作精度。

全球机器视觉领域的发展态势也十分引人关注。以海康威视、旷视、商汤等机器视觉企业为代表，我国在这一领域已经走在世界前列。通过与工业机器人的紧密结合，机器视觉技术的应用可以大幅提升产品附加值，改善国内企业毛利率过低、缺乏产品定价权的问题。

▲2013-2015年全球机器视觉在各领域增速图展示了这一领域的蓬勃发展。从图中可以看出，随着技术的不断进步，机器视觉在各领域的应用都在快速增长，预示着这一领域的巨大潜力和广阔前景。

柔性机械手和机器视觉技术的发展正推动着工业自动化生产的革新。在未来，我们期待看到更多的技术创新和应用突破，为这一领域的发展注入更多的活力。金准数据分析报告：机器视觉机器人行业的现状与前景展望

从各国机器视觉机器人的应用比重来看，仓库自动化和物流无人化等非标准环境已成为行业发展的主要应用领域。全球仓储自动化市场预计在未来几年内将以惊人的年复合增长率增长，据IHS预测，未来至2020年，这一增长率将达到惊人的20-25%。对于我国而言，机器视觉机器人在整体机器人市场中的比例虽然相对较低，但这恰恰预示着行业未来的巨大增长潜力，预计整体行业增速将保持在超过30%的高位。

值得一提的是机器人行业的重点公司估值情况。这些公司正处在一个快速发展和变化的市场环境中，其估值随着技术进步和市场竞争状况不断变化。随着机器视觉技术的不断进步，特别是机器视觉在机器感知和处理层面的突破，柔性机器人的发展前景越来越广阔。我国机器人总体技术与国外先进水平相比仍存在一定差距，研发成本高昂，市场竞争激烈，国内厂商盈利能力相对较弱，核心部件高度依赖进口。这一切都使得该行业的公司估值充满变数。

尽管如此，随着机器视觉技术的不断发展以及应用范围的不断扩大，该行业的前景仍然十分广阔。这些公司的估值可能会随着技术进步和市场需求的增长而不断提升。虽然面临一些挑战，但机器视觉机器人行业的发展前景依然充满希望。我们有理由相信，随着技术的进步和市场的需求增长，这个行业将迎来更加繁荣的发展。随着科技的不断进步，柔性机器人作为制造业的新宠正逐渐崭露头角。这些机器人的设计融合了摄像头、传感器等先进感知部件，借助算法的力量，它们正逐步改变着国内企业的毛利率现状，为产品定价权的重塑带来一线生机。

了解柔性机器人的核心组成部分是打造优秀作品的基础。当下，立体打印技术已成为制造这些机器人关键部件的重要手段。这些机器人能够根据实际需要通过运动改变形态，以更好地适应经济社会的发展需求。

随着智能化设备的普及，未来计算机与人类的互动将更加紧密，可能会带来结构性的变革，催生出一批活力四溢、柔性十足的实体。在工业领域，柔性机器人将被广泛应用于复杂的生产环境中，以其卓越的灵活性、精准度和安全性来适应多变的生产条件。这类机器人的设计预计将在未来工业生产中占据主导地位，开拓全新的生产模式，推动人类步入一个人机协作的新纪元。它们将在工业生产线上发挥巨大的作用，助力企业实现更高效、更智能的生产方式，为未来的制造业带来无限可能。