机器人产业硕果累累，形成规模

机器人是智能制造的重要载体，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新水平和高端制造业水平的重要标志，是抢占智能社会发展先机的重要战略领域。

近年来，先进院团队在机器人研发方面走在全国前列，尤其在船体除锈机器人、自动喷涂机器人、医疗机器人、核电机器人、柔性下肢外骨骼机器人和水下外骨骼机器人等高端机器人开发和应用领域不断涌现出成果，对我国快速发展的机器人产业起到了强有力的支撑作用。

1.工业机器人大显身手

2022年6月，位于舟山的中远海运重工有限公司的大型船坞里，长340米、宽47.2米的集装箱船正在进行除锈作业，18台除锈清洗爬壁机器人携带超高压清洗盘快速工作，1台机器人的效率是1名工人的5倍，而且除锈效果更好，除锈清洗爬壁机器人可将工人从除锈清洁的繁重劳动中彻底解放出来。这幅画面来自深圳先进院最新特种机器人技术的一个应用现场。

先进院精密工程研究中心何凯团队的研究出发点是结合产业需求，解决行业痛点。团队注重学科交叉、集成创新，擅长利用模块化设计与优化、有限元数值仿真、虚拟样机及智能控制等机械自动化共性技术解决工程应用问题。他们研制出基于高压水射流技术的除锈清洗爬壁机器人，可应用于船舶外板、石化储罐内外壁、风电塔筒的除锈除漆作业。该技术可以完全取代目前国内传统的人工干气喷砂除锈方式，远程遥控作业，安全可靠，实现绿色、无尘、高效、高质量除锈除漆清洗。团队还开发出爬壁喷涂机器人，可实现大型构件表面的自动喷涂，提高喷涂效率，降低生产成本，目前已成功应用于储罐、风塔表面的喷涂作业。针对轮船、高铁、货车等大型交通运输工具的喷涂需求，何凯团队还通过信息交互、多传感器融合、离线编程等技术，实现多个机器人协同喷涂作业。

用于三峡水电站的液压启闭机活塞杆锈蚀检测的机器人是团队另一项研究成果。根据防汛、发电、通航需求，大坝的闸门需要定期打开和关闭，而液压启闭机就是控制闸门的开关，其活塞杆直径在200毫米至410毫米之间。经过数年运行，液压启闭机表面存在一定程度的锈蚀，容易造成漏油、污染液压轴、加速密封磨损等危害，严重时甚至会影响水电站的运行。

电站工作人员需要对液压启闭机进行定期的锈蚀检测，传统检测方法需要通过人工搭设脚手架检测活塞杆，安全风险大，工期长，成本高。如果使用团队开发的锈蚀检测机器人，以上问题就全部迎刃而解了，爬壁机器人搭载2D和3D相机，对活塞杆表面锈蚀情况进行图像采集和合成，生成缺陷报告。这项技术已成功应用于三峡水电站，将单次检测时间从传统搭脚手架检测所需的20天缩短到2小时以内。

自《中国制造2025》公布以来，我国机器人行业高速发展，机器换人成为新趋势。为了更好地推动工业机器人成果转化，何凯团队已经孵化出一家高新技术企业“深圳市行知行机器人技术有限公司”，该企业近期已完成A轮融资，融资总额达数千万元人民币，这是该公司继2020年获得Pre-A轮融资后，再度获得投资者青睐。该轮融资完成后，行知行机器人将持续巩固在国内高空作业爬壁机器人领域的龙头地位，同时加速优质产品在船舶、石化、风电等场景的拓展应用，践行“洁净世界，安全作业”的企业使命。

2.突破医疗机器人关键技术

除了工业机器人之外，先进院在医疗机器人方面也早有布局。我国医疗机器人行业自2010年以来进入快速发展阶段，多个细分领域的国产手术机器人产品先后上市，但是核心技术仍然被国外垄断。

先进院集成所胡颖研究员介绍，手术机器人是集临床医学、生物力学、机械学、计算机科学等诸多学科为一体的新型医疗器械，整体运行需要多项技术的协同。其中，系统软件中的图像重构、空间配准和定位控制是手术机器人最为核心的部分；而硬件装置（如机械臂的设计）则需要与手术具体情况相结合，反复实验；人机交互的主机必须充分考虑医生的治疗习惯和临床应用场景。先进院集成所组建的认知与交互研究中心既有手术机器人的团队，又有图像处理的团队，因此具有先天的人才优势和交叉创新优势。

2017年，胡颖团队申报的深圳机器人基础研究中心项目——“骨科手术机器人组织-器械交互作用机理与多源信息感知方法研究”获批了国家自然科学基金。她介绍，由于患者个体差异性大、手术空间和视野狭小、解剖标志点和空间位置关系不明显等问题，对骨科手术机器人操作安全性提出了更大的挑战。先进院团队以骨科手术机器人安全应用为目标，考虑到患者的个体差异以及典型骨疾病特征，建立基于多物理场耦合的骨组织，即器械有限元模型，并进行基于离体培养的骨组织损伤评估；提出基于多源信息的手术状态表征方法，形成骨科手术机器人精细感知和安全控制方法。

胡颖说：“我们的骨科手术机器人具备精细感知和安全控制关键技术，为该类机器人的临床应用提供了重要的理论支撑。在先进院这样的科研机构做研究，可以围绕自己感兴趣的方向做跨学科的前沿创新。企业的创新活动大部分只是围绕产品的创新展开，以追逐利润为导向，在大学做创新则受限于缺少稳定的人才队伍，如果没有稳定的人才团队，就无法开展有深度的科研工作。”

2021年，她的团队承担了国家重点研发计划“数字诊疗专项”，研制具有自主知识产权的医用光学定位跟踪系统，打破国外产品垄断，为医用机器人导航系统提供国产化部件，有力促进手术机器人产品升级，为解决我国医疗健康问题提供强大的技术支撑。

这一年，胡颖还牵头了“超声医生手法模拟算法与机器人自主扫描关键技术”项目，成功获批国家自然科学基金数学天元基金“数学与医疗健康交叉重点专项”。这涉及胡颖团队与中国人民解放军总医院最新合作开展的前沿研究方向。

众所周知，超声检查具有价格低、无辐射、方便快捷等优点，已成为目前临床应用最为广泛的影像诊断方式。与CT、MR检测不同，超声检查和诊断极为依赖医生的操作经验，这会严重影响超声检查的规范化和诊断的一致性。

胡颖团队重点研究了超声图像质量评价方法、动态环境下的超声自主扫描规划与精准控制、基于多源信息的病灶识别等方向，开展系统集成及临床试验验证，为推动安全、可靠的自主超声机器人走向临床奠定基础。

3.特种机器人应用于核电领域

机器人在特种领域的应用潜力非常大，在核电行业更是存在很大的需求。2022年2月，深圳先进院集成所副所长、深圳先进院智能仿生中心吴新宇团队再次与中广核研究院有限公司（以下简称“中广核”）合作，签订“蒸汽发生器下封头环焊缝在役检查装备”合作协议，致力于用智能特种机器人取代人工。这是继2021年9月双方签署“蒸汽发生器二次侧爬壁式检测系统”研发合同后的又一项深入合作。

早在2012年12月，吴新宇研究团队就与中广核签订了合作协议，针对蒸汽发生器二次侧底部布满传热管、空间狭小、无光照、检测无法完成的现实难题，携手开展爬壁式检测系统研制。其间对爬壁机器人本体、视频检查模块、运动控制系统、三维仿真软件和人机交互技术进行了摸底，通过模拟体试验对爬壁机器人的性能参数进行了系统测试，各项指标均达到合同要求，该项目于2014年3月顺利结题。

之后，他们针对机器人的自主控制、智能环境感知、特种检测等技术持续开展深入研究，积累了丰富的研究经验。为了获得更多的经费支持，2019年6月，该团队与河北工业大学张明路教授联合申请了科技部国家重点研发项目并获批，项目名称为“面向大型立面维护的作业机器人关键技术研究与应用示范”。

经过多年的技术积累和沉淀，中广核从2021年开始继续与吴新宇团队开展科研合作，努力实现核电设备关键部件在役自动化检测，以科技赋能核电设备安全运行。核电机器人由于具备抗辐射能力和较强的越障能力，可在核电监测和检修环节获得广泛的应用。

4.外骨骼机器人将从陆上走入水下

“过去几年，我们研制的机器人不仅被用于核电检修，而且其中的柔性下肢外骨骼机器人在助老以及医疗领域均有广阔的应用前景，未来还将推出水下外骨骼机器人，帮助潜水员进行打捞救援、海底管线与电缆的铺设。”吴新宇介绍道。

柔性外骨骼机器人是一款可穿在人身上的机器人，被称为“可穿戴的机器人”，可帮助士兵长途跋涉，还可以帮助老人、行动不便的人士正常行走，实现对各种运动模式（如行走、转向、奔跑、上下斜坡与楼梯等）的实时监测与响应，具有非常好的自适应能力，在军工、助老以及医疗领域均有广阔的应用前景，是当前各国研究的热点，具有重要的社会、经济效益。

“普通人背负20公斤重物的情况下走5公里就会筋疲力尽，而穿上柔性外骨骼机器人可以让你健步如飞。”吴新宇介绍说，“该机器人由传感器、控制系统和驱动系统组成，重量只有1.5公斤，是国际上最轻的柔性下肢助力外骨骼机器人。与以往的全金属结构的刚性外骨骼不同，柔性外骨骼采用了柔性驱动的方式，可使外骨骼机器人与穿戴者具有很高的兼容性，不会改变穿戴者本身的习惯；可通过多传感器的反馈信号识别穿戴者的运动意图，并快速响应，给予合适的助力，从而保证穿戴者的舒适性和机动性。另外，对电机和机械结构的优化，使系统的实时响应速度得到极大提高，在快速运动的状态下依然能提供稳定助力。”吴新宇团队围绕多场景关键技术，制成柔性下肢助力外骨骼机器人，也是世界上首套用于参加马拉松比赛的外骨骼机器人。他们研制出的这套国际首创的刚性支撑、柔性驱动的外骨骼助力系统，有效降低了负重行走时的人体代谢消耗，实现外骨骼与穿戴者的智能化有机耦合以及人体机能增强。该项目多次参加高交会，并被央视新闻、新华网等重要媒体专题报道。

吴新宇介绍，“多模融合人体意图识别”项目被科技部列入国家重点研发计划——政府间国际科技创新合作重点专项，旨在研发一种能够快速准确识别人体运动行为意图的人机接口系统，探索人体运动行为意图在生物和物理信号中的表征，完成人体脑电、肌电运动信号特征提取与模式识别，并在上下肢人机接口平台上进行实验验证。中日双方的合作重点将围绕脑电、肌电活动映射机制建模这个科学问题，开展以连续信号输出为目的的意图识别人机接口研究。借助日方的国际领先优势，合作开展基于生物与物理传感信号的多模态信息融合策略研究，共同搭建上下肢人机接口验证平台，最终突破人体运动意图理解的技术难题。该项目2021年通过了中期考核，考核结果为“优秀”。

值得关注的是，柔性外骨骼机器人是机电、信息与生物技术融合的研究成果，旨在为老年人、残疾人提高肢体运动机能和生活质量。但如何有效获取与理解人体运动意图，成为制约可穿戴式康复助力设备进一步发展和应用的难题。因此，人体运动意图的获取与理解是当前该研究领域的重要需求，吴新宇团队和集成所认知与交互技术研究中心王琼课题组合作进行的“面向高级脑机交互的视听觉认知基础理论与关键技术研究”被列入国家重点基础研究发展计划。2021年，“基于柔性可穿戴传感的自然人机交互机制与协同控制策略研究”获批国家自然科学基金联合基金重点项目，将对基于柔性传感的穿戴式机器人的共性关键技术展开研究。

吴新宇对柔性外骨骼机器人的产业化充满了期待。2022年春天，他的团队成员陈春杰与长沙优龙机器人有限公司签署协议，围绕偏瘫柔性外骨骼机器人方向在前沿技术研究、新产品开发、技术平台建立及人才培养等多层面进行广泛合作，预计在一年内取得医疗认证。未来，力争成长为国内医疗外骨骼机器人行业的领军企业。

机器人不仅在陆地上有广泛的应用，未来还将服务于水下工作场景。潜水员在进行打捞救援、海底管线与电缆的铺设、检测与维修、海下矿产勘察时，运动和作业均极其费力，严重降低了潜水员的水下工作效率。吴新宇团队针对潜水的需求，准备研制潜水式水下作业助力外骨骼机器人。“我们缺乏水下机器人密封、通信、控制经验，准备联合精密工程研究中心何凯领导的仿生机器鱼团队，充分借鉴他们在海洋机器人研究方面的经验，通过陆上外骨骼关键技术与水下机器人技术的交叉融合，使外骨骼顺利下海，为潜水员助力。”吴新宇在先进院平台上积极开展跨界融合创新，未来成果可期。

5.引领机器人产业大发展

先进院不仅在机器人关键技术上布局早、成果多，而且对整个机器人产业发挥了引领和汇聚的重要作用。早在2014年，先进院牵头成立了我国第一个机器人产业协会，2020年又成为新一代信息通信产业集群机器人领域的总促进机构。

深圳市机器人协会连续8年组织撰写《深圳市机器人产业发展白皮书》，承担工信部成果转化中心平台建设工作。协会连续13年在高交会上举办机器人专展，连续7年在中国电子信息博览会期间同期主办“深圳国际机器人与智能系统博览会”，全方位地展示最新的机器人工艺、研发成果及应用趋势，累计吸引专业观众60余万人。由深圳市机器人协会承办的“深圳国际机器人与智能系统院士论坛”，以机器人技术为媒介，搭建一个机器人智能系统的产、学、研、资、用平台，强有力地推动了粤港澳大湾区机器人产业的发展壮大。

先进院产业发展处处长毕亚雷兼任深圳市机器人产业协会秘书长。他介绍，深圳的首个机器人产业规划是在2014年12月出台的，深圳市科创委发布了《深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展规划（2014—2020年）》和《深圳市机器人、可穿戴设备和智能装备产业发展政策》，为深圳市服务国家创新驱动发展战略赢得先机，市财政每年安排5亿元支持机器人产业的发展，努力将深圳建设成国际化的机器人产业基地。该举措为机器人产业持续、快速、健康发展提供了强有力的政策保障。2018年和2019年陆续发布了对新兴产业的资金扶持政策和新一代智能发展的行动计划。2022年6月，深圳出台“20+8”产业新政，明确提出要发展壮大智能机器人产业集群。此举将有利于产业竞争力整体提升，为深圳市机器人产业发展带来前所未有的机遇。

目前，深圳市智能机器人研究院、机器人与智能制造研究院、工业4.0研究院等重大创新平台已经建成，深圳市智能服务机器人产业园、坪山机器人产业园、深圳宝龙机器人产业基地等重点机器人相关项目建设加速推进。深圳机器人产业链条建设基本完备，基础技术实力充足，在自动化控制器、无人化设备等领域具有一定优势，并且培育壮大了一大批优秀的本土机器人企业。《深圳市机器人产业发展白皮书（2022年）》显示，2022年深圳市机器人产业总产值为1644亿元，相比2021年深圳市机器人产业总产值1582亿元，同比增长3.9%，增速略高于深圳市高技术制造业增加值增速，其中，工业机器人产业总产值为1033亿元，占机器人产业总产值的62.83%。深圳市机器人产业企业总数达到1018家，较2021年的945家同比增长7.68%，深圳市机器人产业企业数量持续保持较高位增长。从区域分布上看，主要集中在南山区和宝安区。

在机器人产业蓬勃发展的今天，先进院充分发挥“国家队”的作用，努力研发和掌握机器人产业关键核心技术，支撑国内机器人产业稳健快速发展，争取在全球机器人产业竞争中点亮“中国智造”的品牌。