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？

 
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。