机器人行业系列深度报告：外骨骼肢体运动助手应用场景拓展全球产业加速-251201（26页）.pdf

1、外骨骼：肢体运动助手，应用场景拓展，全球产业加速本期投资提示：外骨骼是机器人的重要技术方向，工信部等十七部门联合发布的“机器人+”应用行动实施方案提出积极推动外骨骼机器人的场景应用验证。外骨骼机器人具备场景清晰、需求明确、技术相对简单、成本快速降低等条件，我们认为，在人形机器人产业发展过程中，外骨骼产业的成熟和需求爆发应当更快。2.下游需求持续释放，渗透率有望快速提升93.全球头部企业引领，国内公司快速追赶144.风险提示，241外骨骼：人体助力设备，技术形态未收敛1.1外骨骼：人机协同工作的可穿戴设备外骨骼”的命名源于生物学概念，即“安装于人体外部的骨骼”。从生物学原理看，人类骨骼属于内骨骼

2、系统：肌肉附着于骨骼表面，通过接收神经系统电信号，触发收缩-舒张运动，进而牵引骨骼完成肢体动作。与机器人类比，人体肌肉相当于执行器(Actuator），功能为接收控制信号并输出机械运动；骨骼相当于结构件，承担负载传递、构建关节活动枢纽、提供支撑的功能。外骨骼的结构和工作原理与人类骨骼相似，是一种与用户协同工作的可穿戴设备。具体来说，外骨骼通过对身体施加力量，从而对肢体运动提供辅助、增强或康复训练功能。它的基本功能是增强人体能力，下肢外骨骼增强负重能力和机动能力，上肢外骨骼增强人的力量和作业能力它可以是刚性材料（金属或碳纤维），也可以是柔软和有弹性的材料，或两者结合。它可以使用传感器和执行器，也

3、可以完全被动，依靠弹性元件来实现其功能。外骨骼常被称为外骨骼机器人”，因为和机器人特征类似：具备自主运行能力、可编程、融合传感器、执行器与控制算法。(divcenter)图1：Cyberdyne混合动力外骨骼系统(/divcenter)通常来说，外骨骼机器人依靠机械系统、驱动系统、传感系统、控制系统和能源系统五大核心模块深度协同发挥作用。其核心工作原理是构建“感知-处理-驱动-反馈”闭环，实时捕捉人体运动意图，经智能处理输出机械助力，最终达成自然流畅、具有高度实时性的人机协同运动。1.2技术发散阶段，产品形态各异，适用不同场景外骨骼机器人仍处于持续发展阶段，尚未形成统一的定义，技术路线和类别众

4、多。1）根据穿戴部位，可分为上肢外骨骼、下肢外骨骼、全身外骨骼，或者进一步细分；上肢外骨骼主要针对手臂、肩部等上肢部位设计，辅助或增强上肢运动功能，适用于搬运、装配、康复训练等场景；下肢外骨骼聚焦腿部、腰部等下肢部位，提供行走助力、负重支撑等，广泛应用于康复、养老、登山等场景；全身外骨骼覆盖全身肢体及躯干，实现整体运动能力的辅助或增强，集成度高，适用于军事、复杂工业作业等场景。2）根据是否有外部能源，可分为动力外骨骼、被动式外骨骼：动力外骨骼：使用电池或者电缆来运行传感器和执行器。可进一步分为静态外骨骼（执行器需要始终运行）和动态外骨骼（执行器不需要始终打开，能效大幅提升）；被动式外骨骼：没有

5、外部电源，主要类型包括重量重新分配(通过弹簧和锁定机构将重量转移到周围或地面）、能量捕获（如脚踝弹簧离合器外骨骼）、阻尼（使用弹簧或阻尼器来减震）、锁定（允许长时间蹲坐统一位置）等。3）根据驱动方式，可分为液压、气动、电机驱动和混合驱动外骨骼：液压驱动外骨骼：结构紧凑、体积小、传动平稳、能动较高；但加工精度较高，维护成本高；气压驱动外骨骼：体积小、成本低、操作简便;但精度不高、难以控制，噪声大，且移动范围受限；电机驱动外骨骼：结构简单、精度高、便于自动化控制；但占据空间大；混合驱动外骨骼：结合两种及以上驱动方式的优势，如电机与液压结合，兼顾输出性能与灵活性，满足复杂场景需求。4）根据是否移动，

6、可分为固定、支持、移动外骨骼：固定：外骨骼被拴在墙上、支架上或通过固定的钩子和安全带悬挂在空中；支持：外骨骼连接到高架导轨上，由移动框架支撑，或者在某些情况下由相邻的轮式机器人支撑。这些配置允许重型电机、控制器和电池得到外部支撑，同时仍为外骨骼佩戴者提供移动性；移动：用户和外骨骼可以自由移动。5）运动意图的感知识别有多种方式，包括力学传感器、惯性传感器、肌电信号、脑电型号等。使用较多的是多种传感器融合的方式。其中，关节角度传感器监测肢体位置，足底压力传感器感知步态与重心、惯性传感器测量加速度角速度及姿态、肌电传感器采集肌肉电信号、力/力矩传感器测量人机交互力，外部传感器用来判断周围环境。6）控