【機(jī)器人】2021年全球外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告-CBInsights

前言·人類對(duì)增強(qiáng)自身能力、突破極限充滿向往……《鋼鐵俠》、《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》、《流浪地球》等科幻作品充分展現(xiàn)了關(guān)于人類能力增強(qiáng)的無限想象，這些作品中的超級(jí)英雄形象是對(duì)外骨骼機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用的極致描繪?！ね夤趋罊C(jī)器人的概念興起于19世紀(jì)，其本質(zhì)是一種可穿戴機(jī)器人，能夠?yàn)榇┐髡咛峁┍Ｗo(hù)功能、增強(qiáng)穿戴者的能力，比如延展、補(bǔ)充、替代或增強(qiáng)人的身體功能、肢體運(yùn)動(dòng)能力和負(fù)重能力?！?014年，在巴西足球世界杯開幕式上，世界共同見證一名穿著外骨骼機(jī)器人裝備的癱瘓少年颯爽開球。2014年，多家外骨骼機(jī)器人企業(yè)成功上市。這項(xiàng)激動(dòng)人心的技術(shù)已產(chǎn)業(yè)化發(fā)展二十余年，但商業(yè)化、規(guī)?；缆飞咸魬?zhàn)重重，上市企業(yè)普遍尚未盈利?！け緢?bào)告由CBInsights中國獨(dú)家發(fā)布，解讀外骨骼機(jī)器人技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)機(jī)會(huì)，結(jié)合科研技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)情況做出趨勢(shì)判斷?！ね夤趋罊C(jī)器人涉及多領(lǐng)域技術(shù)的融合，技術(shù)突破和應(yīng)用落地是產(chǎn)業(yè)規(guī)?；⒊墒旎l(fā)展的關(guān)鍵制約因素。報(bào)告分析外骨骼機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)和科研發(fā)展情況，研判技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)?！ね夤趋罊C(jī)器人能夠應(yīng)用于軍事國防、工業(yè)、醫(yī)療康復(fù)及娛樂等多種場(chǎng)景。報(bào)告分析各細(xì)分市場(chǎng)機(jī)會(huì)、場(chǎng)景需求、驅(qū)動(dòng)因素等，研判商業(yè)價(jià)值和成長(zhǎng)機(jī)遇。CBINSIGHTSICHINA■技術(shù)發(fā)展歷程(1960至今)外骨骼機(jī)器人概念由來已久，早期技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度大外骨骼機(jī)器人的概念興起于19世紀(jì)，其本質(zhì)是一種可穿戴機(jī)器人，能夠?yàn)榇┐髡咛峁┍Ｗo(hù)功能、增強(qiáng)穿戴者的能力，比如延展、補(bǔ)充、替代或增強(qiáng)人的身體功能、肢體運(yùn)動(dòng)能力和負(fù)重外骨骼機(jī)器人技術(shù)的系統(tǒng)性研發(fā)始于20世紀(jì)60年代，以1965年的美國Hardiman項(xiàng)目為(Hardi)以及"manipulator"(man)的縮寫，意為人體增強(qiáng)與發(fā)展調(diào)研用途的操控設(shè)備。Hardiman項(xiàng)目旨在研發(fā)可穿戴的機(jī)械外骨骼以增強(qiáng)人的力量，其技術(shù)應(yīng)用主要包括軍事、建筑施工和救災(zāi)。該項(xiàng)目由美國國防部支持，由通用電氣公司與康奈爾大學(xué)合作研發(fā)。該項(xiàng)目成果Hardiman樣機(jī)是最早的動(dòng)力外骨骼機(jī)器人樣機(jī)，Hardiman樣機(jī)設(shè)計(jì)目的為協(xié)助軍人搬運(yùn)重物，但受當(dāng)時(shí)科技水平限制而無法投入實(shí)際應(yīng)用。能夠增強(qiáng)人的搬運(yùn)負(fù)重能力：·系統(tǒng)設(shè)計(jì)能協(xié)助穿戴者搬運(yùn)1500磅(682kg)的指定負(fù)載，但實(shí)·單支機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)舉起750磅(341kg)的指定負(fù)載功能。能夠處理動(dòng)作意圖識(shí)別：·采用液壓和電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，配合力覺反饋感應(yīng)系統(tǒng)，能夠感受穿戴者的動(dòng)作意圖。GCBINSIGHTSICHINA早期階段的動(dòng)力外骨骼機(jī)器人Hardiman無法實(shí)際應(yīng)用， HardimanHardiman樣機(jī)的主要技術(shù)問題體積和重量巨大、移動(dòng)慢、不靈活：·整個(gè)系統(tǒng)重達(dá)680kg·行走速度僅為0.76米每秒操作困難、穩(wěn)定性差、維護(hù)成本高：·通用電氣1969年的《哈德曼項(xiàng)目報(bào)告》提到：?jiǎn)?dòng)肩關(guān)節(jié)操作時(shí)，手臂會(huì)傾斜，胳膊肘無法操作·最開始采用機(jī)械液壓系統(tǒng)，穩(wěn)定性差，后采用電液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化·整套設(shè)備有28個(gè)鏈接頭，任一鏈接頭故障就能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓運(yùn)動(dòng)力學(xué)技術(shù)局限：·下肢外骨骼和腰部外骨骼平衡性差、運(yùn)動(dòng)功能不足·美國軍方指出該設(shè)備功率45kw(60CV)阻礙軍隊(duì)進(jìn)行規(guī)?；瘧?yīng)用系統(tǒng)工作效率低：數(shù)據(jù)處理速度慢·控制系統(tǒng)反應(yīng)慢優(yōu)化方向減小體積和重量提升操作友好性提升設(shè)備移動(dòng)能力和速度提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性提升信息處理效率提升控制和反應(yīng)速度優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)和功耗優(yōu)化制造和維護(hù)成本加強(qiáng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)力學(xué)的研發(fā)GCBINSIGHTSICHINA技術(shù)發(fā)展歷程(一):探索和實(shí)驗(yàn)(1960-1980)美國康奈爾大學(xué)航空實(shí)驗(yàn)室研發(fā)威斯康辛麥迪遜大學(xué)研發(fā)的計(jì)算機(jī)控制多任務(wù)動(dòng)力型外骨骼，能幫助截癱患者行走。美國科研機(jī)構(gòu)引領(lǐng)第美國科研機(jī)構(gòu)引領(lǐng)第一波研發(fā)熱潮，最早的外骨骼實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)以軍用為主，但難以投入實(shí)際應(yīng)用。各國科研機(jī)構(gòu)繼而開展醫(yī)療康復(fù)等用途的外骨骼，實(shí)用性增強(qiáng)。通用電氣公司與康奈爾大學(xué)合作研發(fā)出Hardiman可穿戴式動(dòng)力外骨骼。法國蒙彼利埃大學(xué)研發(fā)的氣動(dòng)型外骨骼，為醫(yī)療康復(fù)類設(shè)備。ECBINSIGHTSICHINA技術(shù)發(fā)展歷程(二):平緩發(fā)展(1980-2000)美國的退役軍人MontyReed研發(fā)的LifesuitExoskeleton,是針對(duì)殘疾人的助行外骨骼穿戴設(shè)備。研發(fā)的SpringWalker為下肢外骨骼設(shè)備，能夠增強(qiáng)跳躍高度。外骨骼機(jī)器人逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，企業(yè)界外骨骼機(jī)器人逐漸走出實(shí)驗(yàn)室，企業(yè)界和科研專家雙向推動(dòng)外骨骼機(jī)器人的技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)化。美國鹽湖城猶他大學(xué)研發(fā)出第一款電力究團(tuán)隊(duì)核心學(xué)者之一，機(jī)械工程學(xué)教授StephenC.Jacobsen,于1983年成立Sarcos,專注于外骨骼機(jī)器人技術(shù)研發(fā)。日本神奈川工科大學(xué)研發(fā)出動(dòng)力助力外骨骼穿戴設(shè)備，能夠幫助上肢舉起重物。ECBINSIGHTSICHINA技術(shù)發(fā)展歷程(三):技術(shù)突破性發(fā)展(2000年至今)2000年，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)重點(diǎn)支持軍用類型外骨骼的研發(fā)，在"增強(qiáng)人體機(jī)能的外骨骼"項(xiàng)目(EHPA)下，加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)出"下肢極限外骨骼"BLEEX樣機(jī)，開發(fā)了采用液壓驅(qū)動(dòng)器的HULC,更加輕便簡(jiǎn)潔。CYBERDYNE,上市公司。由日本筑波大學(xué)山海嘉之教授于2004年創(chuàng)辦，核心產(chǎn)品為HAL外骨骼，應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)、殘疾人助力、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援等用途。計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、材料技術(shù)和控制技術(shù)的迭代更新引發(fā)外骨骼機(jī)器人進(jìn)入技術(shù)突破和規(guī)模化應(yīng)用階段，發(fā)達(dá)國家在外骨骼機(jī)器人領(lǐng)域科研成果和商業(yè)化成果顯著。2000年后出現(xiàn)較多科技企業(yè)，三家公司于2014年陸續(xù)上市。ReWalkRobotics,上市公司。2001年的醫(yī)療外骨骼系統(tǒng)，產(chǎn)品為針對(duì)下肢癱瘓者的助行外骨骼。EksoBionics,上市公司。成立于2005年，經(jīng)營軍事、醫(yī)療等多場(chǎng)景的外骨骼機(jī)器人，常年與DARPA有合作項(xiàng)目。相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，2000年開始加速產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化發(fā)展到了20世紀(jì)末，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、材料技術(shù)和控制技術(shù)等技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，外骨骼機(jī)器人進(jìn)入技術(shù)突破和規(guī)模化應(yīng)用階段。美國、日本等發(fā)達(dá)國家出現(xiàn)了更智能、實(shí)用性更高的外骨骼機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)品。外骨骼機(jī)器人的應(yīng)用范圍由早期的軍用為主拓寬到醫(yī)療、民用、工業(yè)等領(lǐng)域。美國政府支持下的軍用型外骨骼機(jī)器人開發(fā)項(xiàng)目，推動(dòng)了動(dòng)力外骨骼的技術(shù)突破2000年，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)出資5000萬美元，資助旨在提高士兵的行軍能力的外骨骼研發(fā)項(xiàng)目EHPA,美國加州大學(xué)伯克利分校在該項(xiàng)目支持下研發(fā)出BLEEX樣機(jī)。BLEEX是下肢動(dòng)力外骨骼，共有40多個(gè)傳感器，通過力傳感器的信息反求人機(jī)間作用力從而了解穿戴者的運(yùn)動(dòng)意圖；采用液壓驅(qū)動(dòng)器，能支持負(fù)重75kg情況下以0.9米/秒速度行進(jìn)，或者無負(fù)重情況下以1.3米/秒速度行進(jìn)，但第一代樣機(jī)的不足之處包括結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗大、長(zhǎng)時(shí)間使用造成不適等。液壓-電動(dòng)混合動(dòng)力便換電源高速同步環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎冗M(jìn)復(fù)雜的控制算法更靈活的外骨骼設(shè)計(jì)BLEEX系統(tǒng)優(yōu)化外骨骼機(jī)器人的效能、靈活性和穩(wěn)健性液壓-電動(dòng)混合動(dòng)力便換電源高速同步環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎冗M(jìn)復(fù)雜的控制算法更靈活的外骨骼設(shè)計(jì)液壓動(dòng)力支持運(yùn)動(dòng)，電力支持電腦，供能時(shí)間更長(zhǎng)多模塊與傳感器、執(zhí)行器緊密連接，能夠高效傳輸數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼傳送到計(jì)算機(jī)控制器基于外骨骼的測(cè)量值進(jìn)行快速估算人機(jī)協(xié)同性優(yōu)化、極端操作條件下也具有魯棒性BLEEX項(xiàng)目指出技術(shù)研發(fā)的下一步趨勢(shì)是微型化外骨骼組件：·電源更小、更安靜、更強(qiáng)大·控制器更快、更智能伯克利大學(xué)機(jī)器人與人體工程實(shí)驗(yàn)室，基于BLEEX研究進(jìn)一步開發(fā)出更多外骨骼，主要有醫(yī)療康復(fù)類設(shè)備eLEGS和軍工類設(shè)備HULC。GCBINSIGHTSICHINA美國科研突破性成果實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作，外骨骼技術(shù)由軍用延伸到工業(yè)和醫(yī)療康復(fù)場(chǎng)景伯克利機(jī)器人學(xué)與人體工程學(xué)實(shí)驗(yàn)室在2005年實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破(ExoHiker)并隨后開發(fā)出適合不同場(chǎng)景的外骨骼機(jī)器人，提升了外骨骼的關(guān)鍵性能和實(shí)用性，推動(dòng)了商業(yè)化運(yùn)作。·ExoHiker:設(shè)計(jì)用于執(zhí)行長(zhǎng)途任務(wù)時(shí)承載重物。其技術(shù)突破是優(yōu)化了外骨骼的能源消耗，通過設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)將外骨骼的重量轉(zhuǎn)移到地面，使得設(shè)備在站立不動(dòng)的時(shí)候無需消耗能源。并且充分利用重力和能源回收技術(shù)，使得用電池取代電纜成為可能。這是第一副沒有牽絆的外骨骼?！xoClimber:設(shè)計(jì)用于快速爬樓梯和陡坡，同時(shí)提供與ExoHiker相同的長(zhǎng)期承載能力。公司前身)開始市場(chǎng)化運(yùn)作。LoadCarrier)是實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的第三代外骨骼系統(tǒng)。它融合了ExOHiker和ExoClimber的性能，能夠支持人輕松地?cái)y帶200磅重物在各種地形進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間行走運(yùn)動(dòng)。HULC專利技術(shù)支持士兵在較低的耗氧量和心率下負(fù)重行軍，該能耗優(yōu)化技術(shù)為世界領(lǐng)先。HULC已投入市場(chǎng)化運(yùn)作，覆蓋軍工場(chǎng)景?！LEGS:BerkeleyBionics設(shè)計(jì)的第一款醫(yī)療康復(fù)用途電動(dòng)外骨骼系統(tǒng)，用于幫助運(yùn)動(dòng)障礙者和截癱患者站立和行走。eLEGS能幫助佩戴者直立行走而幾乎不需要體力消耗。該系統(tǒng)得到了市場(chǎng)化推廣，EksoBionics公司以eLEGS為基礎(chǔ)開發(fā)了一系列醫(yī)療康復(fù)類外骨骼設(shè)備。GCBINSIGHTSICHINA美國伯克利機(jī)器人學(xué)與人體工程學(xué)實(shí)驗(yàn)室從EHPA項(xiàng)目 延伸應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新，市場(chǎng)化運(yùn)作出EksoBionics公司EksoBionics于2005年成立，2014年在Nasdaq上市，是外骨骼機(jī)器人行業(yè)頭部企業(yè)。美國伯克利機(jī)器人學(xué)與人體工程學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科研成果HULC和eLEGS是EksoBionics的技術(shù)基礎(chǔ)。公司目前的產(chǎn)品線覆蓋場(chǎng)景廣，以醫(yī)療康復(fù)類外骨骼EksoHealth產(chǎn)品線為主導(dǎo)，其中EksoGT于2016年獲得FDA認(rèn)證，EksoNR是目前FDA批準(zhǔn)的唯一適用于治療后天性腦損傷(ABI)的外骨骼。EksoBionics其他產(chǎn)品線包括，工業(yè)外骨骼EksoWorks,適用于建筑施工和工廠制造場(chǎng)景，功能為增強(qiáng)工人作業(yè)能力，此外還有常年與DARPA合作的軍事外骨骼產(chǎn)品線。腦卒中√脊髓損傷√創(chuàng)傷性腦損傷多發(fā)性硬化局部缺血腦瘤其他腦損傷√腦卒中√脊髓損傷√創(chuàng)傷性腦損傷√肌營養(yǎng)不良√運(yùn)動(dòng)失調(diào)√骨科損傷√臂叢神經(jīng)損傷√其他上肢無力或癱瘓EksoEksoBionics通過產(chǎn)學(xué)研深入聯(lián)動(dòng)，在科研產(chǎn)品化和市場(chǎng)化上建立領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)：·與多家科研機(jī)構(gòu)共同開展醫(yī)療康復(fù)外骨骼的研究，積累了有關(guān)后天性腦損傷、腦卒中，脊髓損傷、多發(fā)性硬化·合作伙伴包括了美國主要科研機(jī)構(gòu)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)：加州大學(xué)洛杉磯分校、約0·研發(fā)設(shè)計(jì)能夠滿足康復(fù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)多種場(chǎng)景需求，提升了B端客戶的購買意GCBINSIGHTSICHINA日本的外骨骼技術(shù)研究以醫(yī)療民用場(chǎng)景為起點(diǎn)，致力于解決 20世紀(jì)90年代，日本神奈川理工學(xué)院研發(fā)動(dòng)力輔助服，旨在幫助護(hù)士舉起無法自主運(yùn)動(dòng)的病人。2001年上市“動(dòng)力輔助服”(PAS)增強(qiáng)型外骨骼，技術(shù)原理是通過電子傳感器監(jiān)測(cè)穿戴者的肌肉，觸發(fā)液壓驅(qū)動(dòng)器操作，能夠?yàn)榇┐髡咴鰪?qiáng)力量50%。hsmd在同一時(shí)期，日本筑波大學(xué)的生化電子學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，致力于為有運(yùn)動(dòng)障礙的老年人和病患群體提供助力的醫(yī)療康復(fù)類外骨骼設(shè)備。外骨骼科技企業(yè)CYBERDYNE正是筑波大學(xué)在生化電子學(xué)領(lǐng)域取得的技術(shù)市場(chǎng)化成果。生化電子學(xué)(Cybernics)是日本外骨骼科研核心學(xué)科：該學(xué)科是以控制論、機(jī)械電子學(xué)和信息學(xué)為中心，融合腦神經(jīng)學(xué)、機(jī)器人工學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、行為學(xué)、心理學(xué)和生理學(xué)等跨學(xué)科研究領(lǐng)域。CYBERDYNE于2004年由日本筑波大學(xué)生化電子學(xué)專家山海嘉之(YoshiyukiSankai)教授創(chuàng)立，于2014年在日本東京證券交易所上市。GCBINSIGHTSICHINA日本生化電子學(xué)專家創(chuàng)辦CYBERDYNE將技術(shù)成果市場(chǎng)化筑波大學(xué)教授山海嘉之(YoshiyukiSankai)專研"生化電子學(xué)"(cybernics)對(duì)于增強(qiáng)和提升人的能力的技術(shù)方案。自1991年開始，他便研發(fā)一種外骨骼機(jī)器人HAL(Hybrid-AssistiveLimb/混合輔助肢體),于2004年成立CYBERDYNE公司將HAL投入市場(chǎng)。HAL是世界上第一個(gè)半機(jī)械人式康復(fù)外骨酪，目前已發(fā)展到第五代，HAL5為全身外骨骼，通過肌電傳感器采集人體運(yùn)動(dòng)信息，通過電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)品重約15kg,動(dòng)力源小巧、使用時(shí)間長(zhǎng)，可應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)、殘疾人助力、災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援等多種場(chǎng)景。HAL5獲得了國際安全認(rèn)證、歐盟認(rèn)證和FDA認(rèn)證，在日本、歐美等市場(chǎng)都有布局。HAL采用了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的外骨骼控制技術(shù)，支持多種運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，降低使用者的操作難度；家技術(shù)，是世界上第一個(gè)混合控制系統(tǒng)，由意志控制系統(tǒng)CVC(生物信號(hào)控制)和自動(dòng)控制系統(tǒng)CAC(機(jī)器人控制)組成。這種混合控制系統(tǒng)可通過使用兩種算法配合補(bǔ)充控制，在健康人、殘障人等各種情況下為佩戴者提供合適的身體支持。CVC通過檢測(cè)人的生物電信號(hào)(包括肌肉活動(dòng))了解穿戴者的運(yùn)動(dòng)意圖，比手動(dòng)控制器(如操縱桿)操作更方便?！AC能夠?yàn)椴綉B(tài)障礙患者提供有效的物理支持，主要根據(jù)穿戴者的身體結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)支持的條件和目的提供自動(dòng)的功能性運(yùn)動(dòng)支持。ECBINSIGHTSICHINAHAL已發(fā)展至第五代：HAL5區(qū)分工業(yè)民用和康健醫(yī)療場(chǎng)景，重視實(shí)用性和人機(jī)友好性·工業(yè)民用類型為HAL5B型，主要功能為減輕工作負(fù)載，具有體感輕、負(fù)擔(dān)小、續(xù)航能力強(qiáng)等特點(diǎn)，覆蓋日?；顒?dòng)場(chǎng)景，可以支持穿戴者手提肩舉70kg重物?！た到♂t(yī)療類型為HAL5C型，主要功能為提供輔助身體支持，具有性能穩(wěn)定、控制模式準(zhǔn)確、安全性高等特點(diǎn)，可以幫助年長(zhǎng)者、完全截癱患者活動(dòng)。HALITypeBI%HALX199-2mALSType5圖8|HAL系列外骨骼的技術(shù)發(fā)展圖r監(jiān)控圖電酶電池組圖10IHAL5C型系統(tǒng)：為截癱患者提供步行支祥功能(來源：YoshiyukiSankai)適用于截癱患者的適用于截癱患者的HAL5C型系統(tǒng)的控制技術(shù)保證準(zhǔn)確性和安全性：1)根據(jù)佩戴者的身體結(jié)構(gòu)生成合適的兩足步態(tài)運(yùn)動(dòng)參考軌跡。每個(gè)關(guān)節(jié)支架的參考軌跡能夠以不同方式設(shè)計(jì)。以色列初創(chuàng)企業(yè)ReWalk專營外骨骼助行設(shè)備，早期技術(shù)結(jié)構(gòu)單一，近年來加強(qiáng)與頂尖科研機(jī)構(gòu)合作強(qiáng)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)ReWalkRobotics,于2001年成立，2014年在Nasdaq上市，主營醫(yī)療民用類的外骨骼設(shè)備。ReWalkTM外骨骼針對(duì)使用者為脊髓損傷(SCI)患者，功能是為使用者提供髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)動(dòng)力支持從而實(shí)現(xiàn)直立和行走，產(chǎn)品于2014年率先獲得FDA認(rèn)證。ReWalk相比另外兩家由科研高校孵化而出的創(chuàng)業(yè)公司EksoBionics和CYBERDYNE,技術(shù)研發(fā)資源較為薄弱，技術(shù)方案以機(jī)械工程設(shè)計(jì)為主，造成在技術(shù)研發(fā)上的突破創(chuàng)新成果較少、技術(shù)更新迭代速度相對(duì)緩慢等劣勢(shì)。物啟發(fā)工程研究所合作，獲得了針對(duì)下肢殘疾開發(fā)的輕型外骨骼系統(tǒng)技術(shù)概念和設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)許可，這項(xiàng)獨(dú)家許可和合作協(xié)議用于開發(fā)針對(duì)腦卒中、多發(fā)性硬化癥(MS)、老年人行動(dòng)受限等醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景的柔性外骨骼系統(tǒng)。目前研發(fā)出針對(duì)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)康復(fù)的ReStoreTM柔性外骨酪，是ReWalk的第二代戰(zhàn)略性產(chǎn)品，于2019年獲得歐洲CE認(rèn)證、美國FDA認(rèn)證，正式投放歐美市場(chǎng)。ReWalkTM初代：使用適應(yīng)周期長(zhǎng)，需要配合拐杖以保持上下肢平衡，需肩背裝有軟硬件的背包有穿戴負(fù)擔(dān)?！eWalkTM6.0:電機(jī)設(shè)計(jì)在髖膝關(guān)節(jié)處，在安全性、關(guān)節(jié)耦合度和輕便性上做了系統(tǒng)性提升。·ReStoreTM具有來自于哈佛的專利技術(shù)優(yōu)勢(shì)。·ReStoreTM在美國五大康復(fù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行多種臨床實(shí)驗(yàn)，在醫(yī)療康復(fù)界有高認(rèn)可度?？啥?。田T技術(shù)擴(kuò)散與全球化發(fā)展外骨骼機(jī)器人技術(shù)的全球領(lǐng)先者，主要分布在美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)地區(qū)，比如三家上十至十五年中，技術(shù)擴(kuò)散和創(chuàng)業(yè)企業(yè)推動(dòng)了新一輪外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱潮，新一批的進(jìn)入者主要分布在中國、印度等國家。過去五年中，中國的外骨骼機(jī)器人創(chuàng)業(yè)公司在數(shù)量上增長(zhǎng)較快，但仍處于早期階段。韓國法國美國ECBINSIGHTSICHINA外骨骼機(jī)器人技術(shù)路線概述外骨骼機(jī)器人技術(shù)是一項(xiàng)集傳感、控制、信息、融合、移動(dòng)計(jì)算等為一體的綜合性技術(shù)。外骨骼機(jī)器人是與穿戴者動(dòng)態(tài)交互，將人體感覺、運(yùn)動(dòng)等器官與機(jī)器的智能處理中心、控制執(zhí)行系統(tǒng)相結(jié)合的智能機(jī)械系統(tǒng)，技術(shù)模塊主要為傳感器、致動(dòng)器、機(jī)械結(jié)構(gòu)、算法，和能夠獲取信息以執(zhí)行電機(jī)功能的控制策略。生物傳感技術(shù)生物傳感技術(shù)生物機(jī)械電子技術(shù)材料技術(shù)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化方案數(shù)據(jù)融合技術(shù)信息技術(shù)移動(dòng)計(jì)算技術(shù)智能控制技術(shù)外骨骼是通過生物機(jī)械工程技術(shù)架構(gòu)協(xié)助人體運(yùn)動(dòng)的AMCS外骨骼是與人體交互的生物機(jī)電裝置，外骨骼系統(tǒng)屬于人工運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(AMCS),機(jī)制上模仿貼合人體運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(HMCS)。外骨骼外骨骼(AMCS)機(jī)械結(jié)構(gòu)和被動(dòng)元件人工致動(dòng)器人工控制器接收來自傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)并生成控制骨骼和被動(dòng)組織中樞神經(jīng)系統(tǒng)接收來自生理傳感器的感覺反饋力學(xué)結(jié)構(gòu)/機(jī)械結(jié)構(gòu)致動(dòng)器pMusdlessystepartgT外外骨骼(AMCS)與人體(HMCS)之間有三種交互形式：(1)檢測(cè)用戶的運(yùn)動(dòng)意圖；(2)向用戶提供有關(guān)AMCS和HMCS狀態(tài)或環(huán)境的反饋(當(dāng)人體感覺系統(tǒng)受到干擾時(shí)，提供反饋尤為重要);(3)設(shè)備間的機(jī)械動(dòng)力交換。GCBINSIGHTSICHINA外骨骼機(jī)器人是復(fù)雜的多系統(tǒng)集成，包括傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)··傳感器、信號(hào)處理電路·功能：采集人體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)、位置姿勢(shì)以及力量等信息，為控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)依據(jù)·功能：分析傳感系統(tǒng)傳來的信息，并根據(jù)人的意圖操控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)·通過電機(jī)/液壓/氣動(dòng)元件來提供驅(qū)動(dòng)力，再經(jīng)由傳動(dòng)元件傳至機(jī)械系統(tǒng)，帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)作·為設(shè)備提供動(dòng)力支撐，通過與人體的結(jié)合來分擔(dān)承重，并為力量、速度等運(yùn)動(dòng)機(jī)能提供基礎(chǔ)支持·通過電池/燃油/內(nèi)燃機(jī)為設(shè)備提供原動(dòng)力控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)傳感系統(tǒng)外骨骼機(jī)器人可按照與人體耦合的部位分為：·上半身外骨骼：腰部、肩部、肘部、手、肩手、肩肘、肩肘手外骨骼，提供力量增強(qiáng)等功能，應(yīng)用有醫(yī)療康復(fù)、制造工廠、物流搬運(yùn)、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)景。比如EksoBionics下半身外骨骼：腳踝、膝蓋、髖、膝髖、髖膝踝外骨酪，提供支撐、穩(wěn)定和運(yùn)動(dòng)功能。應(yīng)用包括力量增強(qiáng)、遠(yuǎn)程操控、康復(fù)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、虛擬現(xiàn)實(shí)和觸覺反饋等場(chǎng)景。比如·全身外骨骼：覆蓋四肢和軀干，提供力量增強(qiáng)、支撐穩(wěn)定、運(yùn)動(dòng)等功能。比如CYBERDYNEHAL5。外骨骼機(jī)器人是補(bǔ)充和增加人的能力的機(jī)械系統(tǒng)，可以具體提供支持、保護(hù)、增強(qiáng)、信息交互功能，外骨骼的技術(shù)設(shè)計(jì)依功能而有別(1)為穿戴者身體活動(dòng)提供協(xié)助支持功能，應(yīng)用場(chǎng)景如醫(yī)療康復(fù)、生活民用等；(2)為穿戴者提供身體保護(hù)功能，應(yīng)用場(chǎng)景如軍事救災(zāi)等；(3)為穿戴者提供增強(qiáng)力量功能，應(yīng)用場(chǎng)景如工業(yè)制造、物流運(yùn)輸?shù)龋?4)為穿戴者與環(huán)境的信息交互提供接口功能，應(yīng)用場(chǎng)景如遠(yuǎn)程控制、娛樂等。(2)保護(hù)身體>自動(dòng)化軍事盔甲災(zāi)險(xiǎn)營救型外骨骼>核輻射防護(hù)外骨骼(來源：5arcos.(來源：5arcos.CYBERDYNE,GermanBianic)(3)增強(qiáng)能力>增強(qiáng)力量類外骨骼GCBINSIGHTSICHINA外骨骼機(jī)器人針對(duì)輔助、康復(fù)、增強(qiáng)等不同應(yīng)用場(chǎng)景，在傳感、控制、驅(qū)動(dòng)上會(huì)采用不同的技術(shù)路線肌電信號(hào)(SEMG)阻抗控制腦電信號(hào)(EEG)導(dǎo)納控制傳感系統(tǒng)通過傳感器收集使用者的步態(tài)信息或運(yùn)動(dòng)意圖，再以一定形式傳送數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。物理量傳感器(力/扭矩傳感器):收集位置，角度，扭矩，壓力等信息，可判斷使用者的步態(tài)周期。·生物量傳感器：收集肌電信號(hào)，可判斷使用者的運(yùn)動(dòng)意圖?！つX電信號(hào)(EEG)傳感器：收集腦電信號(hào)，可判斷使用者的運(yùn)動(dòng)意圖，技術(shù)難度比肌電信號(hào)傳感器更高，目前應(yīng)用較少?？刂葡到y(tǒng)是外骨骼機(jī)器人的中央樞紐，通過對(duì)傳感系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并規(guī)劃步態(tài)模式，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，控制技術(shù)的難點(diǎn)包括傳感器融合算法、控制算法等軟件模塊。·全局控制：控制器集中位于背部，包括系統(tǒng)主機(jī)、信號(hào)采集板、電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、電源管理等模塊?！し植际娇刂疲耗軌驕p輕中央控制系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，執(zhí)行控制系統(tǒng)傳遞來的具體任務(wù)?！る姍C(jī)驅(qū)動(dòng)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精密高，便于自動(dòng)化控制，是目前使用最多的方案?！鈮候?qū)動(dòng)：體積小，成本低，操作方便；精度不高，難以控制，移動(dòng)范圍受限?！ひ簤候?qū)動(dòng)：傳動(dòng)平穩(wěn)，能動(dòng)較高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大；成本較高。GCBINSIGHTSICHINA專利成果和發(fā)展趨勢(shì)：以運(yùn)動(dòng)性能、人機(jī)耦合性、安全性等為主要方向(1/2)2000年后，外骨骼機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重要突破，主要解決了成本過高，以及提高穿戴者行走跑步等運(yùn)動(dòng)性能，具體包括關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息定向、致動(dòng)器和控制器優(yōu)化、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)、人與外骨骼的人機(jī)交互和接口設(shè)計(jì)等?；诩夹g(shù)突破，全球外骨骼機(jī)器人企業(yè)加速了產(chǎn)品的市場(chǎng)化投放、延展了產(chǎn)品線。2000年至今，多數(shù)外骨骼機(jī)器人企業(yè)取得的專利成果主要涉及硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、輔助技術(shù)、執(zhí)行器、仿生學(xué)、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，比如優(yōu)化外骨骼承載負(fù)載能力、優(yōu)化接口界面的舒適度和靈活性，提高準(zhǔn)確度和安全等。(單位：專利量)20406080100120140160180200220CBINSIGHTSICHINA24專利成果和發(fā)展趨勢(shì)：以運(yùn)動(dòng)性能、人機(jī)耦合性、安全性等為主要方向(2/2)2011年，全球取得技術(shù)專利成果的企業(yè)首次突破10家，2014年后產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)第一輪發(fā)展黃金期，開始有更多企業(yè)取得技術(shù)專利成果。外骨骼機(jī)器人相關(guān)技術(shù)難度大，近一兩年技術(shù)發(fā)展進(jìn)入平滑期。理想情景展望下，在下一個(gè)五至十年內(nèi)再出現(xiàn)一輪技術(shù)突破，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)圖1512000年至2021年10月11日，外骨骼機(jī)器人技術(shù)專利數(shù)量及專利擁有者數(shù)量(數(shù)據(jù)來源：CBInsights)2011年至2017年技術(shù)發(fā)展增速顯著:2011年至2017年技術(shù)發(fā)展增速顯著:·在專利項(xiàng)目數(shù)量上，2011年18項(xiàng)，2017年92項(xiàng)?！ぴ趯＠钟姓邤?shù)量上，2011年10家，2017年77家。ECBINSIGHTSICHINA技術(shù)領(lǐng)先者格局與趨勢(shì)：兩家頭部企業(yè)技術(shù)積累深厚外骨骼技術(shù)專業(yè)性高，技術(shù)研發(fā)周期較長(zhǎng)。根據(jù)CBInsights數(shù)據(jù)，2000年至今，上市公司EksoBionics在擁有的技術(shù)專利數(shù)量上位居業(yè)內(nèi)首位；上市公司CYBERDYNE專利數(shù)量技術(shù)創(chuàng)新能力相對(duì)較弱，在擁有專利數(shù)量上已被初創(chuàng)企業(yè)B-Temia、RoamRobotics以及大型工業(yè)制造商Safran等趕超?！し较蛑饕獮椋赫麢C(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、致動(dòng)器、人機(jī)接口界面、傳感器、降低能量消耗機(jī)制，自動(dòng)控制系統(tǒng)等。EksoBionics產(chǎn)品線涵蓋醫(yī)療、工業(yè)、軍事各方向，重視全面的技術(shù)研發(fā)。方向主要為：動(dòng)力學(xué)、動(dòng)力系統(tǒng)、輔助技術(shù)、意圖識(shí)別和評(píng)估、人機(jī)接口界面、控制器、生物信號(hào)測(cè)量裝置等。CYBERDYNE在有關(guān)醫(yī)療輔助的技術(shù)上持續(xù)深耕，主要體現(xiàn)在HAL系統(tǒng)的迭代等。ReWalk持有13項(xiàng)專利，專利方向主要為：控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)傳感方法、傳感器、運(yùn)動(dòng)輔助方法、壓力信號(hào)測(cè)量、動(dòng)力支持等。ReWalk技術(shù)成果較少，在2021年新增1項(xiàng)故障防御應(yīng)急機(jī)制專利。GCBINSIGHTSICHINA技術(shù)領(lǐng)先者格局與趨勢(shì)：技術(shù)驅(qū)動(dòng)的新進(jìn)入者勢(shì)頭強(qiáng)勁近五年來出現(xiàn)不少技術(shù)研發(fā)能力強(qiáng)的新企業(yè)：B-Temia,2010年成立的加拿大醫(yī)療類外骨項(xiàng)專利。Robotics,2013年成立的美國民用外骨骼企業(yè)，持有15321711B-Temia的專利方向主要為：整機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模塊優(yōu)化，致動(dòng)器，步態(tài)判斷系統(tǒng)，力量輔助技術(shù)，承重輔助技術(shù)等。B-Temia有兩條產(chǎn)品線：醫(yī)療康復(fù)型外B-Temia的專利方向主要為：整機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模塊優(yōu)化，致動(dòng)器，步態(tài)判斷系統(tǒng)，力量輔助技術(shù)，承重輔助技術(shù)等。B-Temia有兩條產(chǎn)品線：醫(yī)療康復(fù)型外軍事及工業(yè)類人體增強(qiáng)型外骨骼KSRDTM/OnyxTM,2018年與美國軍方萬美元的技術(shù)合作項(xiàng)目?！oamRobotics的專利方向主要為：整機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，致動(dòng)器，流體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，機(jī)械動(dòng)力控制，氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)半監(jiān)督運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別方法等?！oamRobotics有三條產(chǎn)品線：醫(yī)療康復(fù)型膝關(guān)節(jié)外骨骼Ascend,獲FDA認(rèn)證；通用型膝關(guān)節(jié)外骨骼Forge,提供力量及耐力增強(qiáng)、重力體感減輕功能；運(yùn)動(dòng)輔助型膝關(guān)節(jié)外骨骼Elevate,為滑雪運(yùn)動(dòng)者提供膝蓋保護(hù)和增強(qiáng)功能。CCBINSIGHTSICHINA盡管外骨骼機(jī)器人技術(shù)在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上皆已取得了巨大進(jìn)展，但仍存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。外骨骼機(jī)器人在技術(shù)的理論和應(yīng)用上的主要挑戰(zhàn)包括系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性、運(yùn)動(dòng)性能和效率、人機(jī)友好性等方面?？蒲薪缰赋鐾夤趋罊C(jī)器人應(yīng)當(dāng)更安全、更人機(jī)友好、更強(qiáng)大、更智能、更輕便、更成本集約……保證使用者的安全是對(duì)外骨骼機(jī)器人的核心要求。從軟件及硬件層面上系統(tǒng)性提高安全性是關(guān)鍵的技術(shù)發(fā)展方向。外骨骼安全性問題可按針對(duì)用戶區(qū)別考慮?！すI(yè)類外骨骼機(jī)器人的用戶為身體健康者，在提升安全性上主要考慮人機(jī)耦合性、穿戴舒適性及人機(jī)友好性、輕量化、系統(tǒng)穩(wěn)定性等技術(shù)問題，涉及整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)模式、控制技術(shù)、算法、材料等技術(shù)模塊的優(yōu)化。設(shè)備的運(yùn)動(dòng)超出使用者關(guān)節(jié)的正?；顒?dòng)范圍長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)使用的舒適性差設(shè)備笨重不靈活影響使用者的重心電池泄露噪音過大等壓瘡和神經(jīng)壓迫活動(dòng)受限重心失衡、容易跌倒等皮膚受刺激、化學(xué)灼傷等影響聽覺等潛在損害肌肉拉傷醫(yī)療康復(fù)類外骨骼機(jī)器人的用戶為老弱病殘者，技術(shù)挑戰(zhàn)重點(diǎn)為：提升外骨骼與人的關(guān)節(jié)精確對(duì)準(zhǔn)、系統(tǒng)平衡穩(wěn)定性，減少設(shè)備的壓力束縛感、避免皮膚損傷、判斷并應(yīng)對(duì)用戶操作失誤等。根據(jù)FDA數(shù)據(jù)，業(yè)內(nèi)頭部醫(yī)療類外骨骼設(shè)備都存在設(shè)備故障和用戶受傷的案例?！eWalk,Rex·ReWalk,Rex曾造成用戶骨折皮膚磨損、疼痛、發(fā)絲狀裂縫、骨折等皮膚及軟組織損傷脫離控制，無受傷關(guān)節(jié)不對(duì)準(zhǔn)張力調(diào)整不暢裝置束縛感重軟硬件故障GCBINSIGHTSCHINA外骨骼機(jī)器人技術(shù)需重視從用戶視角出發(fā)盡管外骨骼機(jī)器人功能已足夠強(qiáng)大，其價(jià)格、尺寸、重量、速度和效率方面仍有較大局限性。從用戶視角出發(fā)，意味著外骨骼機(jī)器人技術(shù)需要重點(diǎn)優(yōu)化人機(jī)界面友好性和魯棒性，降低成本、輕量化系統(tǒng)，提升外骨骼機(jī)器人的實(shí)用性。HomayoonKazerooni博士是美國加州大學(xué)伯克利分校機(jī)械工程教授以及機(jī)器人和人體工程學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任、外骨骼機(jī)器人領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，研發(fā)出BLEEX等多款外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，井先后成立了Kazerooni博士重視外骨骼機(jī)器人的實(shí)用性和民用化，他認(rèn)為最重要的技術(shù)發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是：·降低外骨骼系統(tǒng)的成本。Kazerooni指出目前的外骨骼機(jī)器人設(shè)備在10萬美元以上，應(yīng)當(dāng)通過技術(shù)優(yōu)化成本將設(shè)備的價(jià)格下降到1萬美元甚至更低，從而讓更多人使用得起外骨骼機(jī)器人、切實(shí)造福于行動(dòng)障礙群體等?！ず?jiǎn)化、輕量化、模塊化的智能外骨骼系統(tǒng)。Kazerooni推崇"極簡(jiǎn)主義",強(qiáng)調(diào)優(yōu)化外骨骼的軟件以及智能化控制器，盡量簡(jiǎn)化和輕量化硬件。Kazerooni領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的醫(yī)用外骨骼機(jī)器人SuitX的技術(shù)定位為高性價(jià)比和智能化，在智能化上以優(yōu)化運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別能力、運(yùn)動(dòng)控制力、以及外骨骼關(guān)節(jié)動(dòng)力為重點(diǎn)方向。可變阻力的膝關(guān)節(jié)模塊可變阻力的膝關(guān)節(jié)模塊AFO踝足支架HugeHerr博士是美國麻省理工學(xué)院生物機(jī)電一體化研究小組主任，在新興的生物機(jī)電一體化(人類生理學(xué)與機(jī)電技術(shù)學(xué)的交叉)領(lǐng)域獲得革命性成果并被《時(shí)代》雜志譽(yù)為"仿生時(shí)代的領(lǐng)袖"。Herr博士指出外骨骼機(jī)器人的三大技術(shù)問題：驅(qū)動(dòng)裝置重量大且扭矩和功率有限；交互界面穿戴舒適度差，影響持續(xù)穿戴時(shí)長(zhǎng)；運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別的準(zhǔn)確性和效率低。對(duì)應(yīng)的技術(shù)發(fā)展方向?yàn)椋篒nsttuteof·協(xié)調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)模塊。提升致動(dòng)器的性能、耐用性和壽命，配合系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)需求按比例放大致動(dòng)器，研發(fā)高效且袖珍的電子驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能優(yōu)化和整體輕量化?！?shí)現(xiàn)人的神經(jīng)系統(tǒng)與機(jī)器之間的直接信息交互。神經(jīng)技術(shù)將在外骨骼機(jī)器人應(yīng)用上發(fā)揮重要作用，采集肌電信號(hào)的外圍傳感器和大腦運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)生物傳感器可以在未來用于外骨骼機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)意圖理解。采用腦機(jī)接口技術(shù)和神經(jīng)植入物還可能實(shí)現(xiàn)傳達(dá)到神經(jīng)或大腦的感覺反饋，從而使外骨骼穿戴者獲得來自設(shè)備的運(yùn)動(dòng)感覺信息。能夠準(zhǔn)確測(cè)量肌肉運(yùn)動(dòng)意圖，井提升外骨骼機(jī)器人的控制策略。組織，通過小磁珠直接測(cè)量肌肉長(zhǎng)度和運(yùn)動(dòng)特性，可在幾毫秒內(nèi)完成傳感反饋，有望取代外貼式肌電傳感器方法。磁微測(cè)量法配合機(jī)器學(xué)習(xí)算法以及生物機(jī)體建模，有望實(shí)現(xiàn)更好的控制策略。Herr博士說明：“從本質(zhì)上講，磁珠和外骨略就像人工肌肉，可以放大中風(fēng)受損肢體的生物肌肉輸出，這就像汽車上使用的動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置?！盙CBINSIGHTSICHINA科研前沿與應(yīng)用機(jī)會(huì)：近三年來在自動(dòng)化、機(jī)械工程、腦神經(jīng)、材料等科研領(lǐng)域出現(xiàn)能優(yōu)化外骨骼機(jī)器人的先進(jìn)成果(1/4)美國加州理工大學(xué)和中國清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)在2020年機(jī)器人與自動(dòng)化國際會(huì)議(ICRA)上發(fā)表論文《基于偏好反饋的外骨骼步態(tài)優(yōu)化學(xué)習(xí)》(Preference-BasedLearningforExoskeletonGaitOptimization),獲得大會(huì)唯一最佳論文獎(jiǎng)及最佳人機(jī)交互論文獎(jiǎng)。該夠查詢用戶的偏好并允許用戶提出改進(jìn)意見。用戶舒適度是優(yōu)化外骨骼行走步態(tài)的關(guān)鍵目標(biāo)。CoSpar算法經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能夠在步態(tài)庫中找到用戶偏愛的步態(tài)，進(jìn)而顯著提升用戶舒適度。 的框架，彌補(bǔ)技術(shù)空白：zerodynamics,PHZD)等現(xiàn)有方案能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的雙足移動(dòng)，但無法滿足用戶的個(gè)人偏好?！oSpar算法在運(yùn)行過程中能夠識(shí)別用戶偏好的行走軌跡，并洞察用戶對(duì)某些步態(tài)的偏好，從而實(shí)現(xiàn)外骨骼定制化和個(gè)性化?！oSpar算法經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)和真人實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具有合作反饋等優(yōu)勢(shì)?！ぴ谀M實(shí)驗(yàn)中的每種情況下，涉及合作反饋的混合驅(qū)動(dòng)模擬都優(yōu)于只接收偏好的模擬表現(xiàn)。和合作反饋等最大化用戶舒適度的步態(tài)參數(shù)值。G:CBINSIGHTSICHINA科研前沿與應(yīng)用機(jī)會(huì)：近三年來在自動(dòng)化、機(jī)械工程、腦神經(jīng)、材料等科研領(lǐng)域出現(xiàn)能優(yōu)化外骨骼機(jī)器人的先進(jìn)成果(2/4)半侵入式腦機(jī)接口技術(shù)：憂化外骨格機(jī)器人系半侵入式腦機(jī)接口技術(shù)：憂化外骨格機(jī)器人系統(tǒng)控制方法2019年10月，法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學(xué)教授A該控制方法的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：·使用皮層表面電極而不是腦組織的刺入式電極，侵入性低、創(chuàng)傷和感染風(fēng)險(xiǎn)??；·通過植入兩組電極實(shí)現(xiàn)對(duì)身體四肢控制，能夠幫助高位截癱患者實(shí)現(xiàn)四肢運(yùn)動(dòng)；皮層電信號(hào)通過無線傳輸?！つX機(jī)接口是一個(gè)閉環(huán)的神經(jīng)信息通信和控制系統(tǒng)。采用腦機(jī)接口技術(shù)控制外骨骼正是前文中Herr博士指出的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)之一——實(shí)現(xiàn)人的神經(jīng)系統(tǒng)與機(jī)器之間的直接信息交互?！ぐ肭秩胧侥X機(jī)接口技術(shù)主要基于皮層腦電圖(ECOG)進(jìn)行信息分析，半侵入式的安全性高于侵入式，引發(fā)人的免疫反應(yīng)和愈傷組織的幾率相對(duì)較小，且空間分辨率優(yōu)·該研究的系統(tǒng)具有無線控制、顱骨植入式及長(zhǎng)期生物相容性等特點(diǎn)，其解碼模型可每7周校準(zhǔn)一次，一定程度上降低病人和治療師的負(fù)擔(dān)，實(shí)際應(yīng)用前景廣闊。WIMAGINE°:讀取腦電信號(hào)的植入物，由64個(gè)生物相容性硬膜外電極組成，放置在大腦表面的運(yùn)動(dòng)控制部位，能夠長(zhǎng)期記錄皮層腦電圖(ECOG),通過軟件將電極讀取的腦電波i轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)指令，采用無線傳輸數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程供電。此外ECOG信號(hào)解碼算法可基于用戶的大腦活動(dòng)實(shí)現(xiàn)外骨骼的自配速控制。G:CBINSIGHTSICHINA科研前沿與應(yīng)用機(jī)會(huì)：近三年來在自動(dòng)化、機(jī)械工程、腦神經(jīng)、材料等科研領(lǐng)域出現(xiàn)能優(yōu)化外骨骼機(jī)器人的先進(jìn)成果(3/4)“健甲”智能織物：輕薄安全且成本低，具有實(shí)現(xiàn)外骨絡(luò)輕量化等價(jià)值“健甲”智能織物：輕薄安全且成本低，具有實(shí)現(xiàn)外骨絡(luò)輕量化等價(jià)值2021年8月，美國加州理工學(xué)院和新加坡南洋理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)在Nature發(fā)表《具有可調(diào)力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)化織物》,提出一種“鏈甲”智能織物的研發(fā)成果，該研究在改變可穿戴材料力學(xué)性能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破。“鏈甲”智能織物面料是空心八面體聯(lián)結(jié)、由3D打印而成，能夠?yàn)橥夤趋赖瓤纱┐髟O(shè)備提供新型材料方案，具有三大優(yōu)勢(shì)：·安全性好：材料的軟硬調(diào)節(jié)通過微型氣泵調(diào)節(jié)氣壓，滿足人體穿戴材料的安全要求?！まD(zhuǎn)變速率快：材料可在0.1秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟硬狀態(tài)的·價(jià)格低：護(hù)腕或護(hù)肘等小型智能織物制造成本約該新型材料具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化落地前景：該研究負(fù)責(zé)人之一，新加坡南洋理工大學(xué)教授王一凡，認(rèn)為小型的醫(yī)療支撐應(yīng)用大概在5年內(nèi)可以落地，外骨骼系統(tǒng)或者大尺寸的建筑領(lǐng)骨酪整體輕量化、提升日常穿戴舒適性、優(yōu)化電能消耗、降低制造成本等，有望替代剛性材料外骨骼?！た芍貥?gòu)織物應(yīng)用于外骨骼需要與其他系統(tǒng)模塊相結(jié)合，如控制、感應(yīng)、驅(qū)動(dòng)、能源等。王一凡教授稱將在此方向進(jìn)一步開展研究，推動(dòng)技術(shù)落地。材料等科研領(lǐng)域出現(xiàn)能優(yōu)化外骨骼機(jī)器人的先進(jìn)成果(4/4)能■移除外骨骼：可從人體自然步態(tài)中收集機(jī)械能，降低整體代謝能能■移除外骨骼：可從人體自然步態(tài)中收集機(jī)械能，降低整體代謝能耗2021年5月，加拿大安大略省金斯敦皇后大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在Science發(fā)表基于能量移除技術(shù)的新型外骨骼設(shè)備的研究情況。該研究在外骨骼領(lǐng)域率先采用能量移除原理，在行走步態(tài)周期的膝蓋擺動(dòng)階段去除部分機(jī)械能，從而減少用戶的新陳代謝消耗。研究采用能量移除原理減少用戶的新陳代謝消耗研究采用能量移除原理減少用戶的新陳代謝消耗。研究還通過集成發(fā)電機(jī)將收集的機(jī)械C新30|能望棒除外鉛船：(A)實(shí)驗(yàn)人員芽春外科師和測(cè)瓣沒備在測(cè)力距步機(jī)上行走；(B)外骨略外觀：(C)外骨骼內(nèi)部組件(來源：5hepertyckyeai,2021)改善步行和跑步經(jīng)濟(jì)性：能量移除外骨骼設(shè)計(jì)為背包式輕型系統(tǒng)，重量1.059kg。用戶背部承擔(dān)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、傳感結(jié)構(gòu)等，不額外給人體末端造成代謝消耗。能量卸除過程采用主動(dòng)控制方法，可控制背部的電動(dòng)勢(shì)能及外骨骼機(jī)械負(fù)荷。使用設(shè)備過程中，當(dāng)用戶一只腳向前行走時(shí)牽引設(shè)備的繩纜帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，外骨骼產(chǎn)生少量阻力以緩解用戶的膝關(guān)節(jié)大腿肌肉緊張，提供行走助力功能。“a研究對(duì)10位健康男性使用外骨骼的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明外骨骼能夠?qū)⑿凶叩拇x成本降低2.5±0.8%,每一步態(tài)周期所移除的能量可轉(zhuǎn)換為0.25±0.02瓦的電能。研究下一步將提升電能轉(zhuǎn)化能力，實(shí)現(xiàn)自化為足夠的電能供應(yīng)外骨骼控制系統(tǒng)。麗31|澤代謝率，黃點(diǎn)代表實(shí)驗(yàn)者的情況(采源：Sheperyckyetal,2021)GCBINSIGHTSICHINA外骨骼機(jī)器人是具有戰(zhàn)略意義和高市場(chǎng)價(jià)值的新興前沿科技，預(yù)計(jì)在未來20-30年技術(shù)成熟并實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用涉及控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和人機(jī)界面等，腦神經(jīng)信息直接交互技術(shù)發(fā)展迅猛且應(yīng)用潛力大。No.4ZHumanauomentatonHCyber-Advanceddgital-Mobleandcloutcomp科技趨勢(shì)的綜合分析，項(xiàng)科技趨勢(shì)。行深度分析(如左表),人類增強(qiáng)技術(shù)影響力顯著。生物科技與人類增強(qiáng)技術(shù)位列其中。力的人類增強(qiáng)技術(shù)，在物流、建筑和制造等工ot圖3未來士兵：外科略為其重要裝備(來源：DARPA)CBINSIGHTSICHINAECBINSIGHTSICHINA全球市場(chǎng)規(guī)模及競(jìng)爭(zhēng)格局外骨骼機(jī)器人作為提供力量增強(qiáng)功能的智能設(shè)備，有軍事、工業(yè)、醫(yī)療、民用等多種需求年3月發(fā)布的《2020-2040科技發(fā)展趨勢(shì)：探索科技前沿》中引用國際研究機(jī)構(gòu)ABI對(duì)外骨骼機(jī)器人市場(chǎng)的分析數(shù)據(jù)：2014年全球市場(chǎng)規(guī)模為0.68億美元，2025年全球市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)到18億美元。外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)目前仍處于起步階段。國際研究機(jī)構(gòu)ABI認(rèn)為外骨骼將在近十年時(shí)間實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，2028年之前有望實(shí)現(xiàn)全球性規(guī)?；鲩L(zhǎng)。外骨骼機(jī)器人全球市場(chǎng)規(guī)模(2020-2030年)(單位：億美元)(單位：億美元)·2020年至2030年，外骨骼機(jī)i器人產(chǎn)業(yè)預(yù)估CAGR33%?！て渲?，2025年至2028年為高47.7%,2028年全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)58億美元。至2030年，產(chǎn)業(yè)將趨于成熟，市場(chǎng)穩(wěn)步增長(zhǎng)，全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)68億美元。國際研究機(jī)構(gòu)ABI統(tǒng)計(jì)，2018年全球出貨量為7000件，相應(yīng)的硬件營收為1.92億美元，ABI分析在2017年外骨骼整體潛在市場(chǎng)(TAM)已超過260萬件，預(yù)測(cè)2025年全球出貨量達(dá)10.7萬件，2028年達(dá)30.1萬件?！ぜ夹g(shù)、供應(yīng)鏈進(jìn)一步發(fā)展完善將推·技術(shù)、供應(yīng)鏈進(jìn)一步發(fā)展完善將推動(dòng)出貨量提升：外骨骼機(jī)器人全球出貨量預(yù)計(jì)在2025年突破10萬件，至2028年突破30萬件，2025至2028年為出貨量快速增長(zhǎng)階段，3成本下降將一定程度降低市場(chǎng)價(jià)格：根據(jù)ABI2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，出貨量7000件，營收1.92億美元，以及2028年預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，出貨量30.1萬件，營收58億美元，分析得出設(shè)備平均單價(jià)將有所下降，相比2018年約2.7萬美元，2028年將下降至(單位：萬件)(單位：萬件)2028年預(yù)測(cè)出貨量不到2017年需求側(cè)TAM2028年預(yù)測(cè)出貨量不到2017年需求側(cè)TAM的12%,增長(zhǎng)空間可觀：2017年潛在需求量2028年預(yù)測(cè)出貨量ABI數(shù)據(jù)，2018年工業(yè)類細(xì)分板塊市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1.04億美元，2028年39.5%。工業(yè)類板塊將在2028年占據(jù)整體市場(chǎng)營收一半比重，由于工業(yè)類外骨骼單價(jià)遠(yuǎn)低于醫(yī)療類外骨骼，工業(yè)類外骨骼的出貨量將占整GCBINSIGHTSICHINA行業(yè)發(fā)展處于早期階段，超半數(shù)入局者為初創(chuàng)企業(yè)和中小規(guī)模企業(yè)，競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散外骨骼企業(yè)主要有兩類，一類是基于科研及技術(shù)專利資源起家的中小型創(chuàng)業(yè)公司，另一類是擁有雄厚基礎(chǔ)的大型制造業(yè)集團(tuán)屬下企業(yè)。根據(jù)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全球外骨骼企業(yè)超過80家，行業(yè)發(fā)展處于早期階段，市場(chǎng)集中度較低。根據(jù)專業(yè)機(jī)構(gòu)WearRA研究員Floersheim博士2017年發(fā)布的研究報(bào)告，外骨骼產(chǎn)業(yè)74%為中小型創(chuàng)業(yè)公司，53%為估值低于2500萬美元的小型初創(chuàng)企業(yè)，21%為估值在2500萬至1億美元之間的中型初創(chuàng)企業(yè)；26%市值在1億美元以上的大型工業(yè)制造商，Daewoo等，這類企業(yè)依托自身雄厚工業(yè)資源向外骨骼產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略性延伸。√√市值946.3億美元√市值305.1億美元2500萬-51億√市值25.1億美元51-55億55-510億三家專營外骨骼機(jī)器人的創(chuàng)業(yè)公司ReWalk、EksoBionics、CYBERDYNE發(fā)展已近20年，上市已7年，但股價(jià)持續(xù)走低，尚未實(shí)現(xiàn)盈利。大型制造業(yè)巨頭，如LockheedMartin、Panasonic等，入局外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)亦將近20年。依托雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，工業(yè)巨頭在技術(shù)、資金、供應(yīng)鏈、渠道等方面具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，但各家出貨量及銷售規(guī)模仍有限。初創(chuàng)公司與工業(yè)巨頭在外骨骼研發(fā)上亦有合作，比如EksoBionics與LockheedMartin皆參與負(fù)責(zé)美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)的外骨骼機(jī)器人研發(fā)項(xiàng)目，EksoBionics研發(fā)的HULC系統(tǒng)已由LockheedMartin接手進(jìn)行軍事研發(fā)。目前全球共有5家專營外骨骼機(jī)器人的上市企業(yè)：·頭部企業(yè)EksoBionics、CYBERDYNE以及ReWalk先后于2014年完成上市；·RexBionics于2014年在倫敦證券交易所另類投資市場(chǎng)AIM上市，但由于無法填補(bǔ)資金缺口，已于2017年退市；·BionikLaboratories于2015年在美股場(chǎng)外市場(chǎng)OTCQX上市；根據(jù)各家上市公司年報(bào)，R&D研發(fā)所占成本比重最高，而銷售收入增長(zhǎng)緩慢，目前均尚未實(shí)現(xiàn)盈利。因此，各家上市公司股價(jià)也呈波動(dòng)下滑之勢(shì)。全球5家外骨骼上市企業(yè)的市值情況全球5家外骨骼上市企業(yè)的市值情況(單位：百萬美元)市值排名：ECBINSIGHTSICHINA外骨骼機(jī)器人初創(chuàng)企業(yè)均尚未實(shí)現(xiàn)盈利，營收增長(zhǎng)緩慢上市企業(yè)EksoBionics、CYBERDYNE、ReWalk和BionikLaboratories已上市超六年。根據(jù)以上四家上市企業(yè)2014至2020年?duì)I收數(shù)據(jù)分析，EksoBionics和CYBERDYNE營收表現(xiàn)較好，上市后有超千萬美元年?duì)I收，另兩家企業(yè)ReWalk和BionikLaboratories營收能力較差。此外，Sarcos2019年?duì)I收約1千萬美元，2020年業(yè)績(jī)下滑，營收約8.8百萬美元。全球4家外骨骼上市企業(yè)的營收規(guī)模(2014-20全球4家外骨骼上市企業(yè)的營收規(guī)模(2014-2020年)(單位：百萬美元)33.5*注：BionikLaboratories2014年?duì)I收僅6000美元。(數(shù)據(jù)來源：上市公司年報(bào)等公開資料，CBInsights中國分析)41頭部上市企業(yè)市占率低且營收增長(zhǎng)緩慢，行業(yè)處于初期布局之勢(shì)且集中度較低根據(jù)前文分析，全球市場(chǎng)規(guī)模2014年為0.68億美元，2020年為3.92億美元，2014至2020年全球市場(chǎng)整體CAGR33.9%。相比之下，三家頭部上市企業(yè)2014至2020年同期根據(jù)ABI數(shù)據(jù)和各企業(yè)年報(bào)，2014年全球市場(chǎng)總量6800萬美元，三家頭部ReWalk、EksoBionics和CYBERDYNE2014年?duì)I收加總約1350萬美元，CR3約19.8%;2018年全球市場(chǎng)總營收1.92億美元，三家頭部2018年?duì)I收加總為3360萬美元，CR3下滑至17.5%,其中ReWalk和EksoBionics市占率下滑，只有CYBERDYNE市占率增長(zhǎng)。2014年三家上市企業(yè)市占率2018年四家上市企業(yè)市占率BCBINSIGHTSICHINA頭部上市企業(yè)尚未實(shí)現(xiàn)盈利與醫(yī)療康復(fù)類外骨骼技術(shù)研發(fā)投入大、產(chǎn)品價(jià)格高有關(guān)ReWalk、CYBERDYNE和BionikLaboratories主營醫(yī)療康復(fù)類外骨骼。EksoBionic品線包括醫(yī)療康復(fù)類和工業(yè)類外骨骼，但根據(jù)其2020年?duì)I收數(shù)據(jù)，醫(yī)療康復(fù)類設(shè)備(EksoHealth)與工業(yè)類設(shè)備(EksoWorks)營收比例約為10:1。以上各家企業(yè)以醫(yī)療康復(fù)類外骨骼起家，由于醫(yī)療康復(fù)類外骨骼技術(shù)研發(fā)投入成本高昂且設(shè)備銷售價(jià)格高，導(dǎo)致回報(bào)周期較長(zhǎng)、盈利難度較大。幾款醫(yī)療類外骨骼設(shè)備售價(jià)設(shè)備售價(jià)(美元)EksoBionics營收拆分(2019-2020年)(單位：百萬美元)·醫(yī)療康復(fù)類外骨骼設(shè)備目前價(jià)格普遍較高，技術(shù)是價(jià)格下降的關(guān)鍵制約因素：頭部產(chǎn)品中售價(jià)最高的是EksoBionics產(chǎn)品，價(jià)格超過10萬美元，售價(jià)最低的美元?！っ绹又荽髮W(xué)伯克利分校機(jī)器人和人體Kazerooni博士認(rèn)為，醫(yī)療康復(fù)類外骨骼設(shè)備市場(chǎng)價(jià)格高昂導(dǎo)致市場(chǎng)接受度不高，未來應(yīng)當(dāng)通過技術(shù)優(yōu)化方案將設(shè)備市場(chǎng)價(jià)格降至1萬美元以下。受技術(shù)制約，Kazerooni博士創(chuàng)立的企業(yè)SuitX產(chǎn)品Phoenix目前售價(jià)是4萬美元。·醫(yī)療康復(fù)類外骨骼設(shè)備的使用成本高昂，造成產(chǎn)品受眾體量?。簭挠脩粢暯浅霭l(fā)，使用成本還包括設(shè)備維護(hù)、使用培訓(xùn)和監(jiān)督等相關(guān)費(fèi)用。根據(jù)相關(guān)資料，殘疾人用戶使用一件動(dòng)力髖-膝-踝外骨骼設(shè)備的總成本超過10萬美元一年。相較之下，動(dòng)力輪椅等可替代性產(chǎn)品更為價(jià)格友好。工業(yè)巨頭利用強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)發(fā)展外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，仍處于布局階段大型制造業(yè)巨頭，如LockheedMartin,Panasonic,Daewoo等，與創(chuàng)業(yè)公司同期入局外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。制造業(yè)巨頭工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，發(fā)展外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)具有技術(shù)、資金、供應(yīng)鏈、渠道等優(yōu)勢(shì)，但仍處于前期布局階段，具體出貨量等市場(chǎng)情況不明。電器制造業(yè)巨頭具有技術(shù)、資源和渠道優(yōu)勢(shì)，積極布局外骨骼，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)強(qiáng)：·松下(Panasonic)為日本大型電器制造業(yè)上市公司，目前市值約285億美元。松下集團(tuán)深度布局外骨骼機(jī)器人市場(chǎng)，發(fā)展多條產(chǎn)品線?！に上录瘓F(tuán)屬下外骨骼企業(yè)Activelink成立于2003年，研發(fā)針對(duì)健全人用戶、工業(yè)和民用場(chǎng)景的增強(qiáng)型外骨骼。2015年推出能力增強(qiáng)外骨骼PowerLoaderLight,功能包括支持用戶承重100kg和提升用戶下肢力量40kg,可應(yīng)用于救災(zāi)、建筑施工等場(chǎng)景，設(shè)備自重38kg,市場(chǎng)售價(jià)1800萬日元(約23萬美元)?！に上录瘓F(tuán)屬下外骨骼企業(yè)ATUOUN生產(chǎn)的外骨骼MODELYPowerAssistSuit自重4.5kg,能夠增強(qiáng)用戶搬運(yùn)重物能力并提供保護(hù)功能，該設(shè)備應(yīng)用于2020年東京奧運(yùn)會(huì)和殘奧會(huì)。對(duì)輕度偏癱腦卒中患者的醫(yī)療康復(fù)類外骨骼，于2009年商業(yè)化，面向醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)銷售。汽車制造業(yè)巨頭外骨骼需求場(chǎng)景豐富，推動(dòng)外骨骼自研發(fā)和商業(yè)化汽車制造商對(duì)工業(yè)外骨骼設(shè)備的需求大。根據(jù)福特汽車集團(tuán)數(shù)據(jù)，其汽車工人每日?qǐng)?zhí)行頭頂上方作業(yè)最高達(dá)4600次。2018年，福特汽車采購EksoBionics的工業(yè)外骨骼工業(yè)外骨骼，在其美國工廠部署上百件。現(xiàn)代集團(tuán)是第一家自研工業(yè)外骨骼的汽車制造商，制造業(yè)的協(xié)同作用支持其研發(fā)的需求理解、產(chǎn)品性能優(yōu)化和場(chǎng)景落地?，F(xiàn)代(Hyundai)為韓國大型汽車制造業(yè)上市公司，目前市值約400億美元。針對(duì)汽車制造業(yè)組裝車間需求場(chǎng)景，現(xiàn)代于2019年推出兩款工業(yè)外骨骼，即上肢支持外骨骼VestExoskeleton(VEX)和下肢支持外骨骼Chairless稱制計(jì)其望f4稱制計(jì)其望f4·VEX適用于支持工人長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行頭頂上方作業(yè)的場(chǎng)景，能夠緩解疲勞，提升效率?！EX適用于支持工人長(zhǎng)時(shí)間以坐姿狀態(tài)作業(yè)，能夠降低用戶背部和下肢的肌肉活動(dòng)40%,支持用戶身體重量150kg,設(shè)備自重1.8kg。的商業(yè)化，并首先在美國工廠投入使用，計(jì)劃在全球工廠部署?！ぁせ趯?duì)現(xiàn)代汽車組裝線場(chǎng)景的深度理解，VEX設(shè)計(jì)性能優(yōu)越，相比創(chuàng)業(yè)公工業(yè)外骨骼產(chǎn)品，各項(xiàng)性能指標(biāo)具有優(yōu)勢(shì)。·有賴于現(xiàn)代集團(tuán)的制造和供應(yīng)鏈優(yōu)勢(shì)，VEX的市場(chǎng)售價(jià)低于競(jìng)品，比EksoBionics產(chǎn)品低2000美元，比LevitateTech產(chǎn)品低1000美元，具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。GCBINSIGHTSICHINA45創(chuàng)業(yè)與融資：超半數(shù)企業(yè)處于A輪及以前，2016年至今全球達(dá)成融資近百次從初創(chuàng)企業(yè)發(fā)展及其融資情況來看，目前行業(yè)仍處于早期階段。根據(jù)CBInsights數(shù)據(jù)，2016年至今，初創(chuàng)企業(yè)共完成近百次融資交易，超半數(shù)融資主體為處于A輪及以前的初創(chuàng)企業(yè)，A輪融資不超過10次，B輪和C輪融資交易不超過10次。另外，其他融資情況具體包括可轉(zhuǎn)換票據(jù)融資、債務(wù)融資、貸款、政府撥款等，融資主體多為早期階段小型初創(chuàng)企業(yè)。N=93其他其他中國韓國5%加拿大印度瑞士2016年1月1日至2021年10月20日(數(shù)據(jù)來源：CB·2016年至今，中國、印度和美國的初創(chuàng)企業(yè)融資活動(dòng)最為突出，三國初創(chuàng)企業(yè)融資交易占全球情況半數(shù)以上。中國和印度為新興發(fā)展經(jīng)濟(jì)體，科技產(chǎn)業(yè)雖發(fā)展晚近，但投入力度大且有較多具有在發(fā)達(dá)國家科研和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人才歸國創(chuàng)業(yè)?！っ绹鵀樽钤绨l(fā)展外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)國家，其高校及科研機(jī)構(gòu)為孵化初創(chuàng)企業(yè)的重要源頭。創(chuàng)業(yè)與融資：從融資情況來看，近年勢(shì)頭強(qiáng)勁的初創(chuàng)企業(yè)分布在日本、中國及歐美為主，且以主營醫(yī)療康復(fù)類外骨骼企業(yè)居多日本及歐美有多年產(chǎn)業(yè)及技術(shù)積累，中國作為最大的發(fā)展經(jīng)濟(jì)體對(duì)科技和創(chuàng)業(yè)的投入力度大，這些地區(qū)發(fā)展出了若干較成熟的外骨骼初創(chuàng)企業(yè)。融資規(guī)模全球前十的初創(chuàng)企業(yè)中，有4家處于A輪之后較成熟階段，日本企業(yè)Innophys目前為C輪，融資3次，中國企業(yè)傅利葉智能(FourierIntelligence)目前為C輪，融資7次，法國企業(yè)Wandercraft目前為B輪，融資1次，美國企業(yè)SuitX目前為C輪，融資3次。就計(jì)融資金瓶(單位；百萬美元)就計(jì)融資金瓶(單位；百萬美元):醫(yī)療康復(fù)類:工業(yè)軍用類圖45|未上市初創(chuàng)企業(yè)昭資總金額全球排名前十者，時(shí)間截至2021年10月20日(數(shù)據(jù)來源：CEinsights和公開資科)外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展需長(zhǎng)期大規(guī)模資金投入。ReWalk、EksoBionics和BionikLaboratories亦有上市后再融資。根據(jù)公開資料，ReWalk上市后融資7次共計(jì)超1億美元，EksoBionics上市后融資2次共計(jì)5680萬美元，BionikLaboratories上市后融資3次共計(jì)1590萬美元。應(yīng)用場(chǎng)景：2B產(chǎn)品及場(chǎng)景發(fā)展豐富，以醫(yī)療康復(fù)類和泛工業(yè)類設(shè)備為主，2C以運(yùn)動(dòng)類壁龕市場(chǎng)為代表，產(chǎn)品種類有限醫(yī)療原復(fù)類外骨骼及應(yīng)用場(chǎng)景醫(yī)療原復(fù)類外骨骼及應(yīng)用場(chǎng)景·場(chǎng)景：腦卒中等老年病下肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)，上肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)，運(yùn)動(dòng)受限者助行等。泛工業(yè)類外骨骼及應(yīng)用場(chǎng)景泛工業(yè)類外骨骼及應(yīng)用場(chǎng)景·場(chǎng)景：物流搬運(yùn)，汽車組裝車間，機(jī)場(chǎng)地勤，機(jī)場(chǎng)行李搬運(yùn)，(外科醫(yī)生等)站立支撐，危險(xiǎn)施工支持及保護(hù)等。運(yùn)動(dòng)娛樂類外骨骼及應(yīng)用場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)娛樂類外骨骼及應(yīng)用場(chǎng)景·場(chǎng)景：極限戶外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，如滑雪運(yùn)動(dòng)等。GCBINSIGHTSICHINA中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展：初創(chuàng)企業(yè)成立不足十年，醫(yī)療康復(fù)類產(chǎn)品居多由于醫(yī)療康復(fù)市場(chǎng)空間大、利潤(rùn)高，醫(yī)療康復(fù)類外骨骼企業(yè)發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)、數(shù)量較多?！び捎诠I(yè)類外骨骼的技術(shù)門檻和成本較低，某些在早期專注于醫(yī)療類外骨骼的企業(yè)選擇向工業(yè)類外骨骼方向延展，近年來出現(xiàn)更多專注于工業(yè)外骨骼的中小型初創(chuàng)企業(yè)。成立年份:醫(yī)療康復(fù)類!·傅利葉智能·鐵甲鋼拳·杰曼智能科技·丞輝威世智能科技2016年5月，錢璟康復(fù)醫(yī)療科技收購璟和技創(chuàng)瑞步康醫(yī)療科技·大艾機(jī)器人·赤源動(dòng)力科技·布法羅機(jī)器人·邁步機(jī)器人·邁寶智能科技◎:_英漢思機(jī)器人英漢思機(jī)器人于2021年6月23日申請(qǐng)進(jìn)行簡(jiǎn)易注銷。(來源：公開資料，CBinsights中國)GCBINSIGHTSICHINA中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展：7家企業(yè)近年有融資，5家過A輪，3家單次融資超千萬美元2021年7月2021年1月2020年1月√傅利葉智能：3次√傲鯊智能：1次√程天科技：1次√鐵甲鋼拳：1次√傅利葉智能：1次√遠(yuǎn)也科技：1次傅利葉智能：1次√奇諾動(dòng)力：1次圖45|2019年1月至2021年10月底，中國初創(chuàng)企業(yè)融資情況(數(shù)據(jù)來源：公開資科，CBInsights中國分析)CBINSIGHTSICHINA醫(yī)療康復(fù)類外骨骼需求增長(zhǎng)(1/2)中國脊髓損傷、腦損傷患者眾多，相應(yīng)康復(fù)需求巨大，但醫(yī)師資源嚴(yán)重不足：據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，中國每年脊髓損傷患者超30萬，每年創(chuàng)傷性腦損傷患者超60萬，每年卒中患者超500萬，總體卒中終生發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)為39.3%(居全球首位),2019年帶病生存的卒中患者已高達(dá)1300萬。中國康復(fù)醫(yī)師占基本人群的比例約0.4:10萬人，而發(fā)達(dá)國家情況為5:10萬人，兩者相差12.5倍。圖46|2011-2019年中國康復(fù)專科醫(yī)院數(shù)量(單位：家)·據(jù)公開資料，中國綜合醫(yī)院設(shè)康復(fù)科的比例約為35%,2019年綜合醫(yī)院達(dá)19963家，估算有醫(yī)療康復(fù)類外骨骼需求的醫(yī)院數(shù)量約7693家。目前單醫(yī)院采購量為1-2臺(tái)，則存量需求約1.5萬臺(tái)?！ぶ袊簝?nèi)康復(fù)需求大，醫(yī)療機(jī)構(gòu)端設(shè)備需求量理論上有望幾何級(jí)增長(zhǎng)，目前2B銷量GCBINSIGHTSICHINA醫(yī)療康復(fù)類外骨骼需求增長(zhǎng)(2/2)圖47|2011-2019年中國康復(fù)科執(zhí)業(yè)醫(yī)師數(shù)量(單位：人)圖47|2011-2019年中國康復(fù)科執(zhí)業(yè)醫(yī)師數(shù)量(單位：人)執(zhí)業(yè)(助理)醫(yī)師·根據(jù)中國衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)年鑒分析，中國康復(fù)科執(zhí)業(yè)醫(yī)師數(shù)量不足且增長(zhǎng)緩慢，2011至2019年CAGR僅為15%。CCBINSIGHTSICHINA中國市場(chǎng)：重體力勞動(dòng)力整體數(shù)量減少且價(jià)格逐年上升，但大量柔性非標(biāo)化工業(yè)場(chǎng)景難以全自動(dòng)化，驅(qū)動(dòng)工業(yè)類外骨骼需求增長(zhǎng)采礦業(yè)勘探、重工業(yè)生產(chǎn)制造、建筑業(yè)搬運(yùn)施工、物流倉儲(chǔ)業(yè)分揀搬運(yùn)、機(jī)場(chǎng)行李搬運(yùn)等存在大量柔性非標(biāo)化場(chǎng)景，比如汽車混線生產(chǎn)與組裝場(chǎng)景，航空窄體機(jī)行李運(yùn)輸?shù)?。工業(yè)類外骨骼機(jī)器人可顯著提升重體力勞動(dòng)者工作效率并減少工傷。2019年中國重體力勞動(dòng)力約1.6億人，按每百人部署一臺(tái)設(shè)備測(cè)算，工業(yè)外骨骼機(jī)器人目前需求量超百萬臺(tái)。重體力勞動(dòng)行業(yè)從業(yè)人數(shù)整體下降，平均工資增長(zhǎng)，勞動(dòng)力價(jià)格上升重體力勞動(dòng)行業(yè)從業(yè)人數(shù)整體下降，平均工資增長(zhǎng)，勞動(dòng)力價(jià)格上升制造業(yè)：-1.40%·建筑業(yè)：1.09%政業(yè)：5.54%采礦業(yè)制造業(yè)■建筑業(yè)·建筑業(yè)：8.64%郵政業(yè)：9.99%20172018CCBINSIGHTSICHINA中國政策環(huán)境：政府出臺(tái)支持性政策、完善管理機(jī)制，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展(1/3)政策及相關(guān)重點(diǎn)：《關(guān)于推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》:提出到2020年形成較為完善的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系的目標(biāo)；培育3-5家具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)和8-10個(gè)配套產(chǎn)業(yè)集群，機(jī)器人密度達(dá)到100以上。《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》:對(duì)醫(yī)療器械按照風(fēng)險(xiǎn)程度實(shí)行分類管理，按風(fēng)險(xiǎn)從低到高將醫(yī)療器械相應(yīng)分為一、二、三類，重點(diǎn)監(jiān)管高風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品；國家鼓勵(lì)醫(yī)療器械的研究與創(chuàng)新，促進(jìn)醫(yī)療器械新技術(shù)的推廣和應(yīng)用，推動(dòng)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?！夺t(yī)療器械注冊(cè)管理辦法》:醫(yī)療器械實(shí)行分類管理；建立醫(yī)療器械不良事件監(jiān)測(cè)制度。:機(jī)器人領(lǐng)域及高性能醫(yī)療器械領(lǐng)域被列入中國十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，將注重研發(fā)醫(yī)療健康機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人等，促進(jìn)機(jī)器人行業(yè)向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方向發(fā)展。在高性能醫(yī)療器械領(lǐng)域，中國政府將大力推動(dòng)以醫(yī)用機(jī)器人為代表的高性能診療設(shè)備及可穿戴式移動(dòng)醫(yī)療產(chǎn)品的發(fā)展。CBINSIGHTSICHINA54中國政策環(huán)境：政府出臺(tái)支持性政策、完善管理機(jī)制，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展(2/3)政策及相關(guān)重點(diǎn)：器人和軍用機(jī)器人?！ぁ稒C(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》:自主品牌工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量達(dá)10萬臺(tái)；服務(wù)機(jī)器人年銷售收入超過300億元；機(jī)器人密集度達(dá)到150以上等?！ぁ蛾P(guān)于促進(jìn)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》:重點(diǎn)開發(fā)醫(yī)用機(jī)器人等高性能診療設(shè)備?！ぁ蛾P(guān)于加快發(fā)展康復(fù)輔助器具產(chǎn)業(yè)的若干意見》:要求康復(fù)輔助器具生產(chǎn)企業(yè)增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)空間布局，顯著提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展整體素質(zhì)和產(chǎn)品附加值，推動(dòng)康復(fù)輔助器具產(chǎn)業(yè)向中高端邁進(jìn)。支持外骨骼機(jī)器人、仿生假肢、虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備等產(chǎn)品研發(fā)，形成一批高智能、高科技、高品質(zhì)的康復(fù)輔助器具產(chǎn)品，推動(dòng)智能假肢產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?！蛾P(guān)于深化審評(píng)審批制度改革鼓勵(lì)藥品醫(yī)療器械創(chuàng)新的意見》:改革臨床試驗(yàn)管理，加快上市審評(píng)審批，加強(qiáng)醫(yī)療器械全生命周期管理，完善醫(yī)療器械再評(píng)價(jià)制度等，促進(jìn)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。·《"智能機(jī)器人"重點(diǎn)專項(xiàng)2017年度專項(xiàng)申報(bào)指南》:圍繞智能機(jī)器人基礎(chǔ)前沿技術(shù)、新一代機(jī)器人、關(guān)鍵共性技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人6個(gè)方向，啟動(dòng)42個(gè)項(xiàng)目，經(jīng)費(fèi)約6億元?！秶覚C(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》:建立起較為完善的機(jī)