机器人外骨骼将进入工业化时代,市场规模超10亿美元?

机器人外骨骼能使得人类跑得更快、跳的更高、更具攻击性,最开始主要应用在军事和医疗领域,随着技术的发展,机器人外骨骼已经开始进入工业领域,市场分析机构ARISPlex撰文认为,工业外骨骼时代即将来临,未来十年,其市场规模超10亿美元,文章全文如下: 奥迪公司已经开始在其德国的内卡苏姆工厂试用新型的可穿戴隐形椅“Chairless Chair”。它是由碳纤维制成的一种轻型机器人外骨骼,它可以支持穿戴者随时随地站立或者坐下,而不需要有一把传统的椅子。“Chairless Chair”是与瑞士创业公司Noonee AG联合开发的。

看点设计简单:外骨骼是钛合金结构,可以自动调整,以适合绑在人的大腿和躯干背后。Chairless chair重2.4公斤(5.3磅),通过按钮控制液压系统来工作。 ● 第二双腿:当你使用这个外骨骼产品时,就好像额外多了一双腿,可以在需要的时候支持你,可以坐下,或者在生产过程中做出一些更利于完成任务的姿势。外骨骼不会影响穿戴者步行,但是当他们想坐或依靠甚至是完全承担身体的重量,他们只需要按下一个按钮就可以了。 ● 工效学:chairless chair改善姿势,放松腿部肌肉并减少膝盖和脚踝的磨损。 ● 准备面向未来:测试正在奥迪的长期战略框架内紧张进行,他们的口号是:“我们为自己,主动迈向未来。”因此,他们在多个领域进行试验,例如工效学,以更慢地满足未来由于工作场合持续转型所带来的挑战。 ● 2015年的计划:目前,三个同样的试点项目正在奥迪的内卡苏姆工厂进行。还有一个新的测试项目将于五月份在其英戈尔斯塔特工厂启动,在那之后,奥迪打算在其生产线上普遍部署Chairless chair。 ARIS分析工效学是一种预防措施:由于需要长时间站立,或因为工作而不得不长期保持某种姿势,弯腰低头,或者盘坐,成千上万的工人受到背痛、脚和踝关节问题的困扰。根据NCCR机器人的数据,在美国的2.15亿产业工人中,约有8500万遭遇了肌肉问题。更重要的是,这样的分散疼痛和疲劳可能会导致工人注意力分散以至于疏忽了部分恰当的安全程序,导致工厂事故风险上升。通过使用机器人外骨骼作为一种预防措施,可以减少事故的发生,并使由于停工导致的成本以及由于事故必须给予的补偿明显降低。工人长期的健康和福祉对企业而言是一件好事,同样重要的是,根据人体工程学优化的工作环境,可以提高工作效率和最终产品的质量。 ● 合作创新:奥迪与Noonee之间的合作关系是如何利用初创公司的创新思维建立公司合作的另一个例子,即使他们自己有很好的研发部门。这种系统的合作是双赢的。它为公司的专业知识和新思路提供了一种新的来源,同时让初创公司有机会更快地获准进入更大的市场。寻求整合人才,以保持独占性并控制相关专利,成立的公司往往最终把初创公司收购作为自己研发部门的一部分,这一点都不奇怪。这会不会发生在奥迪和Noonee之间,还有待观察。 ● 全新的概念:“可穿戴式椅子”可以在专业服务机构找到很多应用,甚至是家庭用户。去年,Noonee让这个概念开始火爆,当他们展示Chairless chair时,已经引起了很多人的关注,他们还在不同的专业人士中进行了调查,例如摄影师、摄像师、园丁和农民,并在外科诊所和户外活动中心进行了调查。部分公司已经采用产品原型进行不同潜在用途的试验。本田就是其中之一,采用他们的外骨骼产品Bodyweight Support Assist,给那些需要长时间站立或者下肢出力很大的工人提供辅助。本田还有一个同类产品Stride Management Assist,它让腿部肌肉力量较弱的人也能行走,本田希望将自己定位为这样一个公司,不仅是专业的汽车制造商,也是专业的行走辅助设备制造商。 ● 工业外骨骼时代来临:据市场研究公司TechNavio,从2014年到2019年,全球外骨骼系统市场有望实现72.51%的年复合增长率。取代肌肉运动或康复的医疗和军事应用是目前这些设备的主要目标产业。迄今为止,只有相对较少的模型及应用可供使用,并且售价相当昂贵,平均每套超过10万美元。我们预计,中期来看,工业将成为外骨骼最大的客户,他们将推出各种不同的应用以提高销售量。洛克希德?马丁、松下、本田、Daewoo和CyberDyne等公司都已经开发了辅助产业工人工作的外骨骼产品,以防止肌肉损伤,增强他们的身体能力。智能纺织品设计和电池供电技术的进步无疑会提高外骨骼的应用范围,未来十年,该市场规模可达十亿美元。

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机器人外骨骼发展历程 人体外骨骼可穿戴机器人是一类通过精密机械装置协助人体完成动作的装置(同步、加强、模仿),它结合了外骨骼仿生技术和信息控制技术,涉及生物运动学、机器人学、信息科学、人工智能等跨科学知识。受制于高度符合人体动作准确度的实现难度、运动意图判断、能源供给、结构材料(轻型、坚固、有弹性)、控制策略等影响因素,人体外骨骼助力机器人目前仍处于早期阶段。 最早的人体外骨骼助力机器人是1966年美国通用电气公司研制的Hardman助力机器人。麻省理工(Massachusetts Institute of Technology,MIT)从1978年也开始了研究,下图为1978年麻省理工学院研制的外骨骼机器人。

日本CYBERDYNE公司已经面向日本推出了机器人外骨骼套装HAL,并计划进军欧洲市场。CYBERDYNE公司HAL售价约5万美元,也可以采取按月租赁的方式进行使用。主要用于工业负重、康复医疗等领域。 2014年,Wintergreen Research发布康复中心机器人行业报告(包括康复机器人、主动型假肢、机器人外骨骼等),预测美国市场将从目前的9300万美元增长至2020年的18亿美元。以上数据仅针对美国市场,对于有“人口红利”的中国,我们不难推测出将有多大的市场空间。 美国五角大楼认为,未来士兵应当全面实现机械化和自动机器人化,并责成DARPA(美国国防部先进技术研究局)负责,拨款5000万美元从事这一领域内可穿戴机器人项目的研究。美国雷神公司在2007年收购了专业机器人研发企业“Sarcos”进军这一领域,并得到了DARPA1000万美元的研制经费资助。收购后,美国知名投行全部上调了雷神的股票评级。 2007年收购专业机器人研发企业“Sarcos”后,各大券商对雷神公司股票评级都改变为强力买入。 雷神公司目前设想的军用外骨骼SarcosXOS2主要客户是经常进行繁重体力劳动的后勤部队,比如为军机加挂弹|药(通常一枚格斗弹需要三人合力安装),搬运沉重的军事装备等。 在《钢铁侠2》中饰演SHIELD特工的克拉克·格雷格看着SarcosXOS2军用外骨骼套,在军用外骨骼测试者不仅能正拉起200磅的负重,并且单手提起一枚155毫米榴弹炮弹药。

机器人外骨骼的技术挑战 通过美国近期发布的机器人外骨骼系统招标书,可以看到目前制约行业发展的三个难点: 结构材料:坚固、轻型材料,必须能有效保护穿戴者,可以大幅度减少伤亡; 能源动力:能源动力系统能满足24小时标准强度的作业,且便于更换维修; 控制欢动:能够实现同步使用者动作,加强使用者的力量并能作跳跃跑步等动作。 以上三个难点严重制约了该产业的发展。目前的能源动力均为电池驱动,其中电池行业的发展大家有目共睹,现在的电动车采用的电池技术仍然是上世纪70年代的成果,短期内也没有任何技术突破的可能,只能通过结构材料的减重、传感器的微小化、低功耗化来解决。

光启即将开展的超材料智能结构及装备项目,恰恰解决了结构材料和控制传动的问题。超材料具有轻型、高强度的特点,并且可以将传感器与结构共形,达到传感器最小化、无形化的效果。可以预见,其项目成熟时,或将改变整个人体可穿戴外骨骼机器人产业。超材料可穿戴智能结构可提升人体动作机能,具有超越传统材料的机械性能和耐候性。

本文分享自微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

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原始发表时间:2015-05-20

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