让普通人化身“钢铁侠”!外骨骼机器人能否撬动千亿级工业场景?

综合报道 发表于 2020-05-28 10:19:52 收藏 已收藏
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400万+工程师在用
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让普通人化身“钢铁侠”!外骨骼机器人能否撬动千亿级工业场景?

综合报道 发表于 2020-05-28 10:19:52
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近日,一名身穿“战甲”的饿了么骑士现身街头,背扛3层高、100斤重的外卖,可以轻轻松松上下楼梯。而让外卖骑士拥有“超能力”的,正是下肢外骨骼机器人。
 
外骨骼机器人听起来很拗口,其实大家应该都并不陌生,看过钢铁侠的人都被他的那套无所不能的装备折服。还有好莱坞科幻大片《明日边缘》中,汤姆·克鲁斯和士兵穿上外骨骼后马上成为超级战士,战斗力爆棚。
 
虽然这是科幻片的剧情,但是并不是异想天开。外骨骼机器人其实已经有了不少应用,目前主要在军事、医疗,以及最近几年兴起的工业领域。

工业外骨骼千亿级市场亟待爆发

外骨骼机器人最早用于军事。1960年美国军方的增强型军用装甲就是最早的外骨骼项目。到2011年美国Sarcos公司就出品了较成熟的用于搬运炮弹等重物的外骨骼机器人。
 
随后外骨骼机器人进入医疗康复领域,辅助中风、偏瘫等患者做行走类康复。一时间入局医疗康复类外骨骼机器人的公司如雨后春笋。代表公司有国外的ReWalk、Ekso,国内的傅利叶智能和大艾机器人等。
 
外骨骼机器人在医疗康复领域确实发挥极大作用,但医用外骨骼机器人需要二类医疗器械认证,同时相对来说,每个医院的需求量并不会很大,售价也相对较高,市场推广有一定的局限性。
 
“2018年下半年起,中国工业机器人产量同比增长放缓,机器人产业已经进入深度调整阶段,拓展新的应用领域、提质增效成为产业健康发展的迫切需求。”工业和信息化部副部长辛国斌曾在2019世界机器人大会上谈到。
 
机器人产业进入深度调整期后,2019年,外骨骼机器人市场迎来新机遇。
 
随着人口红利的消失,工业领域的对人机协同柔性作业的需求在逐步释放。典型的场景就是物流搬运、汽车厂整装等。根据国金证券的数据显示,每年618、双11等大促期间订单量激增,商品的搬运、分拣、打包等工作耗时耗力。一名仓储工人一天需要弯腰 3000次,普遍员工在工作4小时后效率直线下滑。类似的作业场景还有很多,比如在汽车整装工厂,工人安装座椅与底盘线束装配等;机场的行李托运中,工人需要反复装卸搬运行李。企业迫切需要帮助员工减负,提高单人效率,从而减少人员使用的成本。
 
美国Ekso、SuitX就率先探索工业场景,研发了为肩膀负重的上肢外骨骼机器人。本文开头所提到的饿了么骑士所穿戴的,就是国内创业公司傲鲨智能研发的下肢外骨骼机器人。据傲鲨智能创始人徐振华介绍,随着国内人口红利的褪去,B端工业场景和一些特殊的民用场景下,外骨骼机器人将大有可为。“目前粗略估计,中国工业外骨骼是个千亿级市场。”

工业外骨骼机器人发展如何?

松下在这方面发展较早,早在2014年就公开了其外骨骼机器人的项目。松下为了让普通工人能够轻松负重15公斤的重物到处移动,做了一个轻便版的外骨骼支架。在背部、大腿、小腿到脚部的区域里用碳纤维材料支撑,配合着可以由传感器唤醒的动力马达,可以轻松地帮人负重15公斤工作。
 
此外,包括美国的Ekso Bionics、suitX都已经推出了工业用外骨骼机器人,其中,Ekso Bionics公司的上肢外骨骼机器人EksoVest已经应用到福特汽车流水线的顶部作业。
 
整个工业外骨骼机器人从技术路线上可以分为两类:机械助力外骨骼机器人和伺服驱动/电助力外骨骼机器人。新一代电助力外骨骼机器人已有诸如美国Sarcos公司已有研发电助力外骨骼机器人,Sarcos研发了液压助力的大型军用外骨骼机器人,但是由于重量和成本较高,目前无法得到普及。
 
从驱动方式来看,外骨骼机器人主要有机械驱动、液压驱动、气动驱动、电力驱动。
 
机械助力的外骨骼特点是非常轻便,一般在2-4公斤,且不依赖电池,但是缺点是比较刻板,没有一些传感器的情况下很难知道人的运动意图,可能会阻碍人正常运动。气动助力外骨骼由于伺服性(即控制信号电压强时,电机转速高;控制信号电压弱时,电机转速低)不够优越,驱动效率不高,目前很少被投入使用。
 
液压助力则驱动效率很高,可在很小的体积内做高速运动且很大的力矩输出。波士顿动力Atlas的后空翻机器人就是典型的例子,在自重很大的情况下完成后空翻动作,可以体现其关节爆发力和运行速度。但其缺点是加压泵还比较大,机器人需要拖油管。
 
而电驱动由于是依赖独立电池,且取材容易,驱动效率也较高,目前工业领域主要以电力驱动为主。
 
目前市面上可见的工业外骨骼机器人仍以机械助力居多,电助力外骨骼机器人仍然寥寥无几,电助力、液压助力只有军方市场有少数设备在做实验。如何将军用电助力外骨骼机器人下沉到工业,甚至更为广阔的民用市场就成为市场价值和技术问题的交集所在。

国内智能外骨骼机器人企业蓬勃发展

由于人口老龄化的发展、人类寿命的延长、以及医疗水平的提高。业内人士预测,医疗康复类外骨骼机器人未来几年会迎来一个小爆发期。
 
另一方面,人口红利的消失,促进了工业用外骨骼机器人的应用,目前在帮助人类减轻负重、提升力量、提升工作效率等方面有了初步的应用。
 
此外,外骨骼和特定目标人群结合的应用。外骨骼设备也许可以用到教育、体育等方面,比如借助外骨骼学习运动技能等。

表格:国内智能外骨骼机器人企业概况,<电子发烧友>据公开资料不完全整理。
 
<电子发烧友>据公开资料整理发现,国内当前从事智能外骨骼机器人的企业,多数从医疗场景切入。有医用外骨骼机器人经验,能够为工业外骨骼机器人基础研发时带来一定经验,不过,医用外骨骼机器人和工业外骨骼机器人在技术研发上仍有较大差别,主要表现在算法上。医用外骨骼机器人偏被动,而且病人运动能力较弱(动作较慢),以机器运动带动人的运动为主,因而可用控制算法也较多;工业外骨骼机器人偏主动(以人的运动能力和速度为主),以人的运动带动机器运动为主,同时需要工业外骨骼提供合适的助力。因而,工业外骨骼机器人算法相对更为复杂。
 
在工业场景下,减员增效是企业核心诉求。而目前的人工智能还不能完完全全替代人,工业场景不仅需要全自动化机械机器人,也需要人机互融协作的智能设备,这成为智能外骨骼机器人的应用空间所在。
 
目前,京东、苏宁等巨头已经率先吃螃蟹,尝试在物流场景中搬运分拣环节,用外骨骼机器人为员工减负,同时增加人效。各种潜在的场景需求和巨头的布局正加速工业外骨骼的应用,工业外骨骼有望成为医疗之后的新风口。
 
本文部分内容参考自公众号小饭桌、雷锋网。

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