2018年3月出版正文目录1、传统工业机器人受困核心零部件技术 (3)2、柔性机器人结合机器感知进展突破 (6)2.1、柔性机器人的定义 (6)2.2、柔性机器人的特点 (7)2.3、柔性机器人的原理 (8)3、医疗机器人最直接落地，估计空间75 亿 (10)4、机器视觉工业机器人弯道超车 (14)5、相关公司分析 (19)图表目录图表 1：工业机器人零部件核心技术企业分为上中下游 (4)图表 2：汽车业是工业机器人最主要的应用领域 (4)图表 3：生产无法规模化的产业容易丧失研发投入的动力 (5)图表 4：国内437 家工业机器人企业业务分类 (5)图表 5：订单非标准化限制了ROE 的提升 (5)图表 6：柔性机器人理论、制造及应用市场示意图 (6)图表 7：柔性机械三维结构图 (8)图表 8：机器视觉机器人工作流程 (9)图表 9：不同类型机器人性能对比 (9)图表 10：达芬奇手术机器人产品 (10)图表 11：达芬奇手术机器人与传统手术方式的对比 (11)图表 12：医疗机器人功能模块图 (11)图表 13：手术导航系统模块组成 (12)图表 14：医疗机器人功能模块图 (13)图表 15：我国手术机器人适应症规模测算 (14)图表 16：我国每年手术机器人服务市场规模测算75.35 亿元 (14)图表 17：五轴机器人示意图 (15)图表 18：七轴机器人示意图 (15)图表 19：三代柔性机械手的性能比较 (16)图表 20：视觉机械手在工业的应用 (17)图表 21：我国毛笔视觉机械手结构示意图 (17)图表 22：2013-2015 年全球机器视觉在各领域增速图 (18)图表 23：各国机器视觉机器人占总机器人比重 (18)图表 24：机器人2017Q1-3 总营收同比增长34.61% (19)图表 25：机器人归母净利润增速所有放缓 (20)图表 26：拓斯达2017Q1-3 总营收同比增长98.9% (20)图表 27：拓斯达归母净利润保持高速增长 (21)图表 28：黄河旋风总营收增速进入上升通道 (21)图表 29：黄河旋风归母净利润增速有所下降 (22)图表 30：克来机电2017Q1-3 实现营收1.54 亿元 (22)图表 31：克来机电2017Q1-3 归母净利润同比增长141% (23)传统工业机器人受困无法掌握核心零部件技术发展缓慢。

由于国产机器人起步较晚、研发投入成本高、订单分散无法标准化，国内企业目前普遍研发动力不高，大都集中于系统集成领域，毛利率与ROE 偏低，市占率仅为20%左右。

机器感知结合柔性机器人取得突破性进展，应用医疗/工业两大领域。

我们将柔性机器人分为仿生机器人和工业机器人两类，前者更适用于医疗，后者更倾向于工业。

柔性机器人拥有高灵活性（自由度多）、可变形性、能量吸收等优点。

柔性机器人的三大要素为机器感知、机器行动和人机交互。

随着机器视觉的发展，材质、驱动原理和机器视觉三者更好地结合帮助柔性机器人拥有更大的应用范围。

手术机器人是柔性机器人最直接落地领域，中性估计空间可达75.35 亿/每年。

手术机器人的核心技术对应了柔性机器人的三要素，随着基础零部件技术的成熟，未来医疗机器人的发展将更侧重于机器视觉和感知。

考虑潜在购买方需求数量以及适应症市场规模两方面因素，中性估算国内手术机器人规模75.35 亿/每年。

视觉柔性机器人是物流、仓储等新兴行业自动化必不可缺的组成部分。

柔性工业机器人不仅可以保持原有机器人的功能，更可以拥有更多的灵活度。

柔性机械手经历几代的发展已日渐成熟。

仓库自动化、物流无人化等非标环境将成为更主要的应用领域，行业增速将超30%。

1、传统工业机器人受困核心零部件技术起步较晚的国内工业机器人技术代差明显。

我国工业机器人产业化起于2000 年，而工业机器人“四大家族”：库卡、ABB、安川、发那科公司分别在1974 年、1976 年、1978 年和1979 年开始了全球专利布局。

目前，这四家企业在中国市场占有率总共达到八成以上，前三家在全球的机器人销量都突破了20 万台，且在我国申请大量本土专利，工业机器人国产化进程缓慢。

工业机器人核心零部件关键技术主要分为以下三类：控制器（控制技术），减速机，机器人专用伺服电机及其控制技术。

图表 1：工业机器人零部件核心技术企业分为上中下游下面分两点论述国内工业机器人的发展掣肘。

其一，采购方对精度的高要求导致投入期昂贵且持续时间长。

汽车业是工业机器人最主要的应用领域。

在中国，50％的工业机器人应用于汽车制造业，其中50％以上为焊接机器人；在发达国家，汽车工业机器人占机器人总保有量的53％以上。

据统计，世界各大汽车制造厂，年产每万辆汽车所拥有的机器人数量为10 台以上。

由于汽车工业对焊接的精度要求极高，采购后出于稳定生产的考量不会轻易更换生产线，新进入者投入期花费昂贵且研发时间漫长。

图表 2：汽车业是工业机器人最主要的应用领域其二，需求分散无法促成国内工业机器人规模化优势，盈亏平衡点不断提高。

国产工业机器人主要会集中使用到非汽车行业的新兴领域，六轴工业机器人年出货量 2000~3000台的公司已经是目前国产自主品牌中出货量较大的企业，而且现在行业有一种趋势，随着外资、合资品牌工业机器人逐渐降价，国产自主品牌工业机器人的盈亏平衡点被不断抬高。

表达了“价格-销量-成本-研发”的困境循环。

图表 3：生产无法规模化的产业容易丧失研发投入的动力因上述两点，国内目前的工业机器人企业普遍集中于系统集成领域，毛利率低订单分散。

受限于无法掌握三大零部件核心技术，国内的机器人的产品以系统集成为主，占比约为64%，系统集成的项目大部分是非标准化的，订单驱动员工人数同比例增长，在生产和销售上未能形成规模效应。

单个公司市场份额较小，行业竞争格局较为分散。

核心技术的缺失和订单的非标准化导致了国内传统工业机器人企业的ROE 难以提升。

图表 4：国内437 家工业机器人企业业务分类图表 5：订单非标准化限制了ROE 的提升2、柔性机器人结合机器感知进展突破2.1、柔性机器人的定义柔性机器人目前分为工业和生物两大类，主要对应了制造业和医疗行业的需求。

一般情况下，把柔性机器人分为两类，一类是模拟生物的柔性与灵活性创造的仿生柔性机器人，另一类则是运用机器视觉的六轴以上工业机器人。

两类不完全独立，只是第一种偏向于医疗，后一种更适用于制造业。

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，它们与生物组织和器官的弹性和流变特性相匹配。

这一新兴的弹性柔软、多功能和生物激发的机器代表了一种令人兴奋的、高度跨学科的工程范式，它将彻底改变机器人在医疗保健、野外探索和合作人类互助中的作用。

工业级柔性机器人更多的是指机器感知与传统工业机器人结合的高智能化机器人。

工业级柔性机器人（soft robot）更多的指的是运用机器视觉定位系统，通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS 和CCD 两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

图表 6：柔性机器人理论、制造及应用市场示意图2.2、柔性机器人的特点柔性机器人具有如下高灵活性、可变形性和能量吸收特性等特点，对环境具有较强的适应性。

在空间在轨服务中，具有重要的应用价值。

A)高灵活性（自由度多）能够使得机器人在复杂的空间环境下进行灵巧的运动；B)可变形性能够使机器人完成多种任务，减少航天器的运载成本；C)能量吸收特性在交会对接或人机协同工作时，能够减轻碰撞所产生的作用力，提高安全性。

D)柔性机器人的操控是难点，无论是执行机构还是控制方法，传统的方式往往无法适用。

为了实现复杂的运动，需要使用新型的驱动方式。

目前应用于柔性机器人的执行机构类型，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。

在控制方面，存在的问题更为困难，主要原因在于柔性机器人的模型难以建立，控制变量多，当前的控制方法仅是采用人为给出的控制信号序列进行运动验证，要实现自主地完成各项任务，需要研究与发展新的控制方案。

2.3、柔性机器人的原理机器感知、机器行动与人机交互是柔性机器人的三大组成部分。

首先从仿生学来看，柔性机器人设计初衷在于能在各种复杂环境中代替甚至做到人类所不能，它们需要与软材料、生物或人工复制的生物功能进行交互。

柔性机器人一般由机器感知、机器行动和人机交互三部分组成。

机器感知中一般采用的材料都是杨氏模量1大于109Pa，而像皮肤、肌肉等结缔组织的杨氏模量为102~106Pa。

机器行动依靠的是每一个活动关节处装有的驱动器（actuator）。

并不是所有的柔性机器人都具有人机交互功能，这一功能一般靠深度学习和自然语言处理（NLP）完成。

图表 7：柔性机械三维结构图典型的工业机器人视觉系统由三大部分组成：图像采集部分、图形处理部分、运动控制部分。

视觉系统一般由硬件和软件组成。

硬件一般包含：相机、光源、图像采集卡。

视觉软件一般会安装在PC 端，或者集成在触摸屏中。

一般的工作流程是首先选取被跟踪物体的局部图像，该步骤相当于离线学习的过程，在图像中建立坐标系以及训练系统寻找跟踪物。

学习结束后，图像卡不停地采集图像，提取跟踪特征，进行数据识别和计算，通过逆运动学求解得到机器人各关节位置给定值，最后控制高精度的末端执行机构，调整机器人的位姿。

图表 8：机器视觉机器人工作流程材质、驱动原理和机器视觉的融入帮助柔性机器人拥有更大的应用范围。

柔性机器人具有一定的分布变形，在理论上可以具有无穷多的分支。

这就导致了一个超冗余的配置空间，在这个空间中，机器人的尖端可以达到三维工作空间中的每一点，而机器人的形状或配置是无限的。

由于柔性机器人更好的伸缩性，可以与障碍物保持一致。

因此，它们可以携带柔软而易碎的有效载荷而不会造成伤害。

利用应变变形，它们可以通过小于其名义尺寸的开口进行挤压。

这使它们成为了适用于类人机器人的理想应用，比如与人互动而不造成伤害、服务和喷漆的工业机器人，它们需要高度的灵活性才能到达狭窄的空间，医疗机器人，特别是用于外科手术的机器人，以及在非结构化环境中操作的国防和救援机器人。

图表 9：不同类型机器人性能对比3、医疗机器人最直接落地，估计空间75 亿医疗机器人是柔性机械人最典型并商用化的应用。

医疗机器人是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人，大致可以分为手术机器人、康复机器人、护理机器人、救援机器人和转运机器人。

其中，手术机器人在现阶段已经实现产业化和商业化，且大规模用于临床。

最为典型的产品就是美国直觉外科公司（Intuitive Surgical）的达芬奇外科手术机器人。