国货当自强,国产外骨骼既有硬功夫也有软实力

导读

今年上半年,两部科幻影片《流浪地球》和《阿丽塔》相继被热议。《流浪地球》中的救援队员们身着外骨骼机甲,在恶劣的地表为生存而奋战;《阿丽塔》中,机器能替代人类失去的肢体,使身体机能大幅提升。在现实生活中,也有人正在利用外骨骼,使失去行走能力、运动能力的人,重新恢复站立甚至行走的希望。

作者:Monday

市场潜力巨大的外骨骼机器人

虽然电影中的外骨骼五花八门,但从形态上来讲,外骨骼机器人可大致分为大型外骨骼机器人和可穿戴式外骨骼两类。可穿戴机器人国外代表性产品有以色列ReWalk Robotics公司的ReWalk系列,日本Cyberdyne公司的HAL、美国Berkeley Bionics公司的eLEGS、新西兰RexBionics公司的REX。

作为机器人领域的一个分支,外骨骼机器人技术曾一度被美国、日本、德国等国家垄断,国内企业在上游核心零部件方面也严重依赖国外。而在今年第六届中国机器人峰会的现场,一些由国内机器人企业自主研发的外骨骼机器人技术产品纷纷亮相,夺人眼球,例如下图中程天科技研发的外骨骼机器人。

(程天科技悠行外骨骼机器人)

目前,外骨骼机器人最成熟的应用领域是医疗康复。统计数据显示,仅在我国,肢体残疾人数就超2000万,有机构预计全球潜在市场空间为千亿级。根据Marketsandmarkets研究报告,未来几年外骨骼机器人市场将以接近每年50%的速度增长,预计到2021年增长到140亿元。

医疗器械标准级别的核心模组

程天科技的核心产品是悠行外骨骼机器人,它针对因脑补病变导致下肢步行功能障碍的患者,提供患者在正确的步态模式下进行康复训练,矫正患者康复训练早期错误的行走方式,提高康复训练的效率和患者康复效果,对于长期康复或难以恢复的患者,可以把悠行外骨骼作为轮椅的替代产品。

下肢失能、弱能,无法正常站立的人群由于长时间坐卧引发一系列并发病症,如骨质疏松、心肺能力下降、褥疮等。长时间站立训练能有效的改善体质,调理心理状态。程天科技以外骨骼为核心产品,拓展出多个帮助失能弱能人群站立和转移的医疗级产品。以程天科技的悠扶帮扶机器人为例,它相当于一个电动移位机,作用是帮助患者离开病床,在室内和社区间移动,提高生活质量。

(程天科技悠扶帮扶机器人)

值得一提的是,悠扶帮扶机器人采用的集成麦克纳姆轮伺服模组(包括控制驱动、麦轮和底盘)由程天科技自主研发。因此在固定规格之外,还可以提供定制服务,根据自动化工厂、车间、AGV、移动平台等不同场所,可定制不同规格的集成麦克纳姆轮伺服模组。

(程天科技集成麦克纳姆轮伺服模组)

除了集成麦克纳姆轮伺服模组,作为机器人的核心元部件,无刷伺服驱动器的应用范围也非常广泛,是多种生产设备中的关键一窍。据了解,程天科技研发的无刷伺服驱动器通过了医疗器械EMC标准,拥有超过百万的出货量。同样,这款无刷伺服驱动器也可以根据具体需求提供定制化服务。

(程天科技无刷伺服驱动器)

AI技术为外骨骼机器人赋能

机器人大讲堂了解到,悠行外骨骼机器人在运行使用的过程中,会产生关键数据,实时地存储在云端,进行大数据分析,不断地评估和监测用户的使用状况和健康情况,并在手机APP上显示用户的健康评定图表。另一方面,用户的定位、呼叫等信息也可以在家属版手机APP上实时通知。

与服务机器人、教育机器人等不同,外骨骼机器人需要与人体接触,通过传感器收集人体意图,进行机械反馈,而如何准确获得人体的意图,也正是外骨骼机器人研发的难点。如今随着人工智能技术的发展,这一难题有望解决。

针对每个患者的不同身材体态,不同的步态模式,程天科技基于NVIDIA AI计算平台研发了里程碑α核心板,通过AI算法针对性的调整机械外骨骼的参数,使得患者获得更加个性化的训练。该核心板可以运行ROS操作系统,通过配合相关的底板,也可应用于无人机、虚拟现实、自动驾驶等领域。

(程天科技里程碑α核心板)

未来可期

目前,我国的康复医疗产业仍处于发展初期,一面是卒中、脑瘫、帕金森等行动能力受到影响的神经退行性疾病庞大且迫切的市场需求,一面是资金投入少,康复机构数量少、规模小、设备研发落后等现状,需求与供给之间严重的不平衡催生了技术研发的动力。

总体而言,目前外骨骼康复机器人领域仍处于快速发展期,国外产品价格高昂,国内产品具有更强的成本优势,应当加大产业扶持力度。国内和国外的技术差距缩小,产品应用场景随之增多,新的变革将成为国内外骨骼机器人企业的机会,同时这些企业也被给予厚望。

或许在未来,购买一款外骨骼机器人会像买一部手机一样,外骨骼机器人成为我们日常生活必备的工具,成为人类走向人机共生的里程碑。

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