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【文章導(dǎo)語】

內(nèi)容主題取自《黑科技》，書由硅谷15位技術(shù)咖編寫。本文主要概述已有落地產(chǎn)品的人體增強(qiáng)領(lǐng)域，旨在拋開繁雜云霧，讓讀者真切的了解當(dāng)前科技的真正技術(shù)實(shí)力。

本文涵蓋機(jī)器人外骨骼的簡(jiǎn)單介紹、各國(guó)代表性產(chǎn)品的介紹以及當(dāng)前的問題與市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r。

一、【基本概念】

外骨骼機(jī)器人技術(shù)是融合傳感、控制、信息、融合、移動(dòng)計(jì)算,為作為操作者的人提供一種可穿戴的機(jī)械機(jī)構(gòu)的綜合技術(shù)。是指套在人體外面的機(jī)器人，也稱“可穿戴的機(jī)器人”（百科）

從這我們是不是想到了動(dòng)畫片中的“圣斗士”、美國(guó)大片中的“鋼鐵俠”阿凡達(dá)”等等，哈哈。

你想的一點(diǎn)都沒錯(cuò)，那些圣斗衣、鋼鐵俠套裝以及可讓人坐入其中操控的AMP戰(zhàn)斗機(jī)甲就是本篇文章的主角——機(jī)器人外骨骼。

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機(jī)器人外骨骼系統(tǒng)一般包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感部分、動(dòng)力和傳動(dòng)部分、能源部分與控制部分。

機(jī)械結(jié)構(gòu)類似人類骨頭的支撐作用；

傳感部分主要又傳感器和信號(hào)處理電路構(gòu)成，類似人類的聽覺、視覺、觸覺等主起從外部收集信息的功能；

動(dòng)力與傳動(dòng)部分一般由電機(jī)、液壓元件或氣動(dòng)元件提供驅(qū)動(dòng)力或力矩，再通過傳動(dòng)元件傳至機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而使外骨骼做出動(dòng)作；

能源部分主要由燃油或小型內(nèi)燃機(jī)提供；

控制部分由微型電腦和控制軟件組成。

二、【代表性產(chǎn)品】

日本HAL系列康復(fù)/作業(yè)用外骨骼：輔助行動(dòng)受障礙的人士，或者助力強(qiáng)體力作業(yè)（例如救援工作中需要搬開重物）等。

HAL系列外骨骼目前已經(jīng)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)大量使用，取得了一系列巨大的成功，并獲得了國(guó)際醫(yī)療器械設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可，取得了國(guó)際安全性證書。

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日本T52 Enryu工程 /救援機(jī)甲：用于災(zāi)難救援，如地震、海嘯和車禍等，由于其遠(yuǎn)程可操作性，尤其適合代替人進(jìn)入危險(xiǎn)的環(huán)境。

T52 Enryu高3.5米寬2.4米重大5噸，胳膊各長(zhǎng)6米，可抬起1噸重的負(fù)荷。它還能操作工具切割金屬等材質(zhì)，破開車門救援被困人員。

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美國(guó)硅谷BLEEX軍事/安防用外骨骼：主要用于士兵、森林消防與應(yīng)急救援人員，幫助他們長(zhǎng)時(shí)間背負(fù)沉重的武器、通信設(shè)備和物資。

2014年11月，第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)成功亮相，試穿者身背重物卻只感覺像幾磅重，并能較靈活的蹲、跨、走、跑，跨過或俯身鉆過障礙，以及上下坡。

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中國(guó)自主研發(fā)的認(rèn)知外骨骼機(jī)器人1號(hào)：目前只有下半身，主要結(jié)構(gòu)由航空鋁制成，利用機(jī)器人增強(qiáng)或彌補(bǔ)人體的運(yùn)動(dòng)功能。

通過外骨骼傳感器感知人體運(yùn)動(dòng)意圖，如站立、坐下或行走，把信息迅速傳遞給計(jì)算機(jī)，通過控制模塊傳達(dá)命令，從而實(shí)現(xiàn)電驅(qū)關(guān)節(jié)、機(jī)械連桿、智能鞋、腰部支撐及綁縛附件高效運(yùn)轉(zhuǎn)，輔助使用者自如行動(dòng)。

三、【問題與趨勢(shì)】

目前能夠獲取的人體生物信號(hào)主要有：Electroencephalogram (EEG腦電信號(hào))，Electrocardiogram(ECG心電信號(hào))，Electromyogram (EMG肌電信號(hào))，Mechanomyogram(MMG皮膚機(jī)械信號(hào))，Electrooculography (EOG眼電信號(hào))，Galvanic skinresponse (GSR皮膚電信號(hào))，Magnetoencephalogram (MEG腦磁信號(hào))，外骨骼控制常用的就是EMG（肌電信號(hào)）和EEG（腦電信號(hào)）信號(hào)。

目前直接獲取操作者意圖的傳感器還不夠成熟，比如EMG的數(shù)據(jù)噪音、建模和校準(zhǔn)的難度都很大，比如說Hybrid Assistive Limb (HAL5)這款外骨骼采用了EMG信號(hào)控制機(jī)器人，但是需要2個(gè)月的時(shí)間來標(biāo)定肌電信號(hào)。

而且在動(dòng)態(tài)環(huán)境中保持傳感器的精確度是個(gè)很大的挑戰(zhàn)，同樣在使用交互力來控制外骨骼也有類似的問題。

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目前絕大部分外骨骼都是間接獲取的操作者意圖，其方法主要是通過外骨骼硬件檢測(cè)信號(hào)來估計(jì)人類意圖，這種方法也有一定問題，目前比較嚴(yán)重的就是無法區(qū)分操作者的力和外力，這樣的話外界的力也會(huì)使得外骨骼機(jī)器人判斷出錯(cuò)，有可能導(dǎo)致外骨骼機(jī)器人不穩(wěn)定或者失控。

目前各家外骨骼產(chǎn)品的主要看點(diǎn)集中在系統(tǒng)集成優(yōu)化程度（外觀、尺寸、重量、續(xù)航力、價(jià)格、可靠性、力量與敏捷度之間的平衡）以及控制方式上的創(chuàng)新。

目前在我國(guó)，針對(duì)外骨骼技術(shù)的研究處于起步階段，但起點(diǎn)高，發(fā)展比較迅速。其中，清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)等相關(guān)科研機(jī)構(gòu)正在開展外骨骼技術(shù)相關(guān)研究工作。

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描述市場(chǎng)引用一篇文章的數(shù)據(jù)：康復(fù)機(jī)器人行業(yè)（這里把康復(fù)機(jī)器人和外骨骼機(jī)器人區(qū)別劃分）規(guī)模將由2014年的2.03億美元增長(zhǎng)到2021年11億美元，預(yù)期年均復(fù)合增長(zhǎng)率為27.3%；而體外骨骼機(jī)器人行業(yè)規(guī)模將由2014年的1650萬美元暴增到2021年21億美元，預(yù)期年均復(fù)合增長(zhǎng)率為99.8%。

康復(fù)機(jī)器人和外骨骼機(jī)器人統(tǒng)一作為康復(fù)機(jī)器人，則廣義的康復(fù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模則由2014年的2.2億美元增長(zhǎng)到2021年的32億美元而手術(shù)機(jī)器人行業(yè)規(guī)模將由2014年的32億美元，增長(zhǎng)到2021年200億美元，預(yù)期年均復(fù)合增長(zhǎng)率為29.9%。根據(jù)這套數(shù)據(jù)分析的話，手術(shù)機(jī)器人的市場(chǎng)在在2014年就超過康復(fù)機(jī)器人2021年的市場(chǎng)。從總量角度手術(shù)機(jī)器人完勝康復(fù)類機(jī)器人。

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從技術(shù)角度來說，康復(fù)類的外骨骼機(jī)器人研發(fā)門檻較低，同時(shí)屬于2類醫(yī)療器械，注冊(cè)門檻較低；輔助行走類外骨骼機(jī)器人的性能受到技術(shù)的限制；而手術(shù)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)門檻較高，屬于3類醫(yī)療器械在國(guó)內(nèi)注冊(cè)門檻和周期都很長(zhǎng)，因此對(duì)比來說手術(shù)機(jī)器人適合大公司開發(fā)，而外骨骼機(jī)器人適合創(chuàng)業(yè)公司。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的黑科技之机器人外骨骼的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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