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智能工具和人体骨骼，泛机器人应用的新领域 人工智能泛机器人应用发展报告  投资要点： Google 正大举进入机器人、无人机等各类智能硬件产品；软银、阿里、富士康不久前合资并启动情感机器人 Pepper 量产计划。这些国际巨头的战略布局，让人们意识到一个新制造、新硬件时代正悄然来临。对于未来，我们的思考是中国是否做好 了进入“新硬件时代”的准备？中国高端装备和智能硬件的下一个需求爆发点在哪 里？“未来机器”系列报告希望用前瞻性研究视角为您提供以上问题的启发。第三篇， 我们聚焦智能工具和人体骨骼。 智能工具是指，以智能设备（手机或控制器）为基础，在普通工具上增加电子 化配件之后，通过软件系统与智能芯片等软硬结合的方式与智能设备建立某种联系， 使得工具有智能化的功能。 目前，智能工具最大的突破在于机械骨骼。机械骨骼是通过人造方式而达到骨骼特性的辅助器械，是一种能够增强人体能力的可穿戴机器, 别名人力放大器。 用途上，美国在机械骨骼上的发展是围绕军事用途展开的，日本公司则在努力以商业用途开发机械骨骼，特别是帮助残疾人和老年人进行日常生活和生活（散步、爬楼梯、负载等）。 1、 军用方面：在于军需物资搬运、强化士兵体能训练保证士兵长途行军之后的战斗力，将一个普通的战士武装成单兵作战能力超强的“超级步兵”。 2、 医疗方面：应用在神经康复领域的特定训练中，能够保证高效的康复训练，仅美国市场就高达 500 亿美金。 3、 工业方面：目前还处于探索阶段。工业应用主要面向工程施工、紧急救助（疾病、事故、灾害、突发事件）、生产制造、搬运输送、危险工作（如核电站操作维护、航天空间站、深水作业）等。 传感器是机械骨骼中最重要的核心零部件。通过传感器来收集使用者的活动信息，这些信息传递给信息处理器进行处理，然后启动相应的机械部件来输出能量。主 要分为输入和输出：a.输入系统：包括角辨向器、肌电传感器、地面传感器、肌肉压力传感 器等等;b.输出系统：液压系统和气压系统比较常见的。 机械骨骼技术目前成果只是取得初步进展，尚未形成可以切实应用的大规模产 业，未来研究的方向主要集中在五个方面：1）人造肌肉纤维：人造肌肉纤维可以利 用电压变化使人造纤维收缩或伸张来产生力量，从而取代目前通用的液压驱动系统。2）控制系统：相较于基于网络技术的远程控制系统仅仅停留在简单的动作示教层面或者只能对机器人关节或者末端执行器进行单个或者少数几个自由度的孤立控制这一明显缺点，系统 内控制是未来发展的必然趋势。3）机械结构设计：在满足行走需要的基本条件外，还必须考虑安全性、兼容性、舒适性。4）能量源：补给能量之前，机械骨骼具有的能量必须足以支持 24 小时亟需解决。5）促动：设计者必须使机器能够顺畅移动，以便 穿用者不会太笨拙，与发动机一样，促动器也必须安静而高效。 风险提示：机械骨骼技术应用进度低于预期。 1 1 PAGE 3 PAGE 3 正文目录 一、机械骨骼发展概况 4 智能工具目前最大的突破在于机械骨骼 4 机械外骨骼的发展历程 4 2000 年 DARPA 计划 4 世界上第一件机械外骨骼衣——XOS 系列 5 世界上第一款商用机械骨骼——HAL 5 仿人体结构外穿型机械骨骼——HULC 6 仿生机械骨骼商用化——eLEGS 7 机械骨骼变形之织物骨骼外衣——Soft Exosuit 7 二、机械骨骼应用 8 各国竞相研究，军事应用率先发力 8 军用转民用，医疗应用市场空间巨大 10 唯一一款获得 FDA 批准的机械骨骼产品——ReWalk 11 能站立的轮椅替代品——REX 12 工业应用目前还处于探索阶段 13 三、机械骨骼技术透析 14 重中之重——传感器 14 五大研究挑战方向：人造肌肉纤维、控制系统、机械结构设计、能量源、促动 14 图表目录 图 1： XOS 2 手劈木头 5 图 2： XOS 2 举重 5 图 3： HLA-5 6 图 4： 洛克希德马丁的“HULC”系统 7 图 5： eLEGS 7 图 6： eLEGS 的恢复流程 7 图 7： Soft Exosuit 8 图 8： 未来机械骨骼概念图 1 10 图 9： 未来机械骨骼概念图 2 10 图 10： 医疗用外骨骼系统的市场规模 11 图 11： ReWalk 产品分解图 11 图 12： 手部无线腕表 11 图 13： ReWalk Personal 12 图 14： ReWalk 收入规模（单位：万美元） 12 图 15： REX 13 图 16： 机械骨骼在工业上的应用 13 图 17： XOS 肌肉压力传动 14 图 18