2021年全球外骨骼机器人产业研究报告-CB Insights

2021年全球外骨骼机器人产业研究报告人机融合，打磨能力增强之金钥筚路蓝缕，求索规模经济之云程2021@ CB Insights 中国独家官方呈现2Chapter 1 技术发展篇Chapter 2 技术产业化篇Chapter 3 市场前景篇Chapter 4 未来趋势篇0418365765Table of Contents结语663•人类对增强自身能力、突破极限充满向往……《钢铁侠》、《阿丽塔：战斗天使》、《流浪地球》等科幻作品充分展现了关于人类能力增强的无限想象，这些作品中的超级英雄形象是对外骨骼机器人技术应用的极致描绘。•外骨骼机器人的概念兴起于 19 世纪，其本质是一种可穿戴机器人，能够为穿戴者提供保护功能、增强穿戴者的能力，比如延展、补充、替代或增强人的身体功能、肢体运动能力和负重能力。•2014 年，在巴西足球世界杯开幕式上，世界共同见证一名穿着外骨骼机器人装备的瘫痪少年飒爽开球。2014 年，多家外骨骼机器人企业成功上市。这项激动人心的技术已产业化发展二十余年，但商业化、规模化道路上挑战重重，上市企业普遍尚未盈利。•本报告由 CB Insights 中国独家发布，解读外骨骼机器人技术、产业和市场机会，结合科研技术、产业和市场情况做出趋势判断。•外骨骼机器人涉及多领域技术的融合，技术突破和应用落地是产业规模化、成熟化发展的关键制约因素。报告分析外骨骼机器人的关键技术和科研发展情况，研判技术发展趋势。•外骨骼机器人能够应用于军事国防、工业、医疗康复及娱乐等多种场景。报告分析各细分市场机会、场景需求、驱动因素等，研判商业价值和成长机遇。前言4◼外骨骼机器人概念由来已久◼技术发展历程（1960 至今）◼技术产业化、商业化发展◼技术扩散与全球化发展Chapter 1 技术发展篇外骨骼机器人的概念兴起于 19 世纪，其本质是一种可穿戴机器人，能够为穿戴者提供保护功能、增强穿戴者的能力，比如延展、补充、替代或增强人的身体功能、肢体运动能力和负重能力。外骨骼机器人技术的系统性研发始于 20 世纪 60 年代，以 1965 年的美国 Hardiman 项目为代表。Hardiman 是“Human Augmented Research and Development Investigation”（Hardi）以及“manipulator”（man）的缩写，意为人体增强与发展调研用途的操控设备。Hardiman 项目旨在研发可穿戴的机械外骨骼以增强人的力量，其技术应用主要包括军事、建筑施工和救灾。该项目由美国国防部支持，由通用电气公司与康奈尔大学合作研发。该项目成果 Hardiman 样机是最早的动力外骨骼机器人样机，Hardiman 样机设计目的为协助军人搬运重物，但受当时科技水平限制而无法投入实际应用。5图1丨1960 年代康奈尔大学 Man-Amplifier（来源：Cornell Aeronautical Laboratory）图2丨Hardiman 设计图与样机（来源： General Electric）外骨骼机器人概念由来已久，早期技术实现难度大早期阶段的动力外骨骼机器人 Hardiman 无法实际应用，该项目的技术问题为后来者指出外骨骼机器人的技术优化方向67技术发展历程（一）：探索和实验 （1960-1980）8技术发展历程（二）：平缓发展 （1980-2000）9技术发展历程（三）：技术突破性发展（2000 年至今）到了 20 世纪末，在计算机技术、传感技术、材料技术和控制技术等技术进步的推动下，外骨骼机器人进入技术突破和规模化应用阶段。美国、日本等发达国家出现了更智能、实用性更高的外骨骼机器人技术和产品。外骨骼机器人的应用范围由早期的军用为主拓宽到医疗、民用、工业等领域。美国政府支持下的军用型外骨骼机器人开发项目，推动了动力外骨骼的技术突破2000 年，美国国防高级研究计划局（DARPA）出资 5000 万美元，资助旨在提高士兵的行军能力的外骨骼研发项目 EHPA，美国加州大学伯克利分校在该项目支持下研发出 BLEEX样机。BLEEX 是下肢动力外骨骼，共有 40 多个传感器，通过力传感器的信息反求人机间作用力从而了解穿戴者的运动意图；采用液压驱动器，能支持负重 75 kg 情况下以 0.9 米/秒速度行进，或者无负重情况下以 1.3 米/秒速度行进，但第一代样机的不足之处包括结构复杂、能耗大、长时间使用造成不适等。伯克利大学机器人与人体工程实验室，基于 BLEEX 研究进一步开发出更多外骨骼，主要有医疗康复类设备 eLEGS 和军工类设备 HULC。10相关技术实现突破，2000 年开始加速产业化、商业化发展•ExoHiker：设计用于执行长途任务时承载重物。其技术突破是优化了外骨骼的能源消耗，通过设计关节将外骨骼的重量转移到地面，使得设备在站立不动的时候无需消耗能源。并且充分利用重力和能源回收技术，使得用电池取代电缆成为可能。这是第一副没有牵绊的外骨骼。•ExoClimber：设计用于快速爬楼梯和陡坡，同时提供与 ExoHiker 相同的长期承载能力。•研发者成立 Berkeley Bionics 公司（即 Ekso Bionics公司前身）开始市场化运作。ExoHikerExoClimberHULCeLEGS伯克利机器人学与人体工程学实验室在 2005 年实现关键技术突破（ExoHiker）并随后开发出适合不同场景的外骨骼机器人，提升了外骨骼的关键性能和实用性，推动了商业化运作。11•HULC ： 人 体 通 用 承 载 器 （ The Human UniversalLoad Carrier）是实验室研发的第三代外骨骼系统。它融合了 ExoHiker 和 ExoClimber 的性能，能够支持人轻松地携带 200 磅重物在各种地形进行长时间行走运动。HULC 专利技术支持士兵在较低的耗氧量和心率下负重行军，该能耗优化技术为世界领先。HULC 已投入市场化运作，覆盖军工场景。•eLEGS：Berkeley Bionics 设计的第一款医疗康复用途电动外骨骼系统，用于帮助运动障碍者和截瘫患者站立和行走。eLEGS 能帮助佩戴者直立行走而几乎不需要体力消耗。该系统得到了市场化推广，Ekso Bionics 公司以 eLEGS 为基础开发了一系列医疗康复类外骨骼设备。美国科研突破性成果实现商业化运作，外骨骼技术由军用延伸到工业和医疗康复场景Ekso Bionics 于 2005 年成立，2014 年在 Nasdaq 上市，是外骨骼机器人行业头部企业。美国伯克利机器人学与人体工程学实验室的科研成果 HULC 和 eLEGS 是 Ekso Bionics 的技术基础。公司目前的产品线覆盖场景广，以医疗康复类外骨骼 EksoHealth 产品线为主导，其中 Ekso GT 于 2016 年获得 FDA 认证，EksoNR 是目前 FDA 批准的唯一适用于治疗后天性脑损伤（ABI）的外骨骼。Ekso Bionics 其他产品线包括，工业外骨骼 EksoWorks，适用于建筑施工和工厂制造场景，功能为增强工人作业能力，此外还有常年与 DARPA 合作的军事外骨骼产品线。EksoNR