机械外骨骼行业应用方向与技术发展方向研究分析

　　目前人类使用的机械外骨骼系统主要应用在两大方面：军事和医疗，未来在工业领域也能发挥一定的作用

　　军事应用方面

　　各国竞相研究，军事应用率先发力各国竞相研究，打造军事强国是机械骨骼发展的源动力，因此呈现出各国竞相研究的行业态势，可以预见军事应用将率先突破。

　　美国，俄罗斯、法国等国多年来潜心研制军事用骨骼系统，近年来其中较著名的有美国的“TALOS”项目、俄罗斯的“勇士-21”和法国的“大力神

　　机械骨骼军用价值在于军需物资搬运、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”。此类机械骨骼自身具有能源供应装臵,而且集成了大量的作战武器系统和现代化的通讯系统，传感系统以及生命维持系统。

　　目前，军火商洛克希德马丁公司为了测试下一代HULC外臵骨骼，使用一次的时间可长达72小时，已经同美国陆军签订了110万美元（约745万人民币）的合同。

　　 医疗应用方面

　　军用转民，医疗应市场空间巨大在医疗方面，步态训练是下肢功能障碍康复训练的主要方式，机械骨骼可以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，因此非常适合老年人和残疾人使用。

　　以脊髓损伤为例，每年直接治疗成本达400亿美元。根据美国脊柱病协会统计，2013年全美有560万瘫痪病人，中风引起（29%）、脊髓损伤引起（23%）、多发性硬化症引起（17%）、脑瘫引起（7%）、小儿麻痹症引起（5%）等。以脊髓损伤为例，27.3万为脊髓损伤引起的全瘫病人（15%为退伍军人，享受相关福利），每年新增病例1.2万，每年脊髓损伤直接治疗成本达400亿美元。未来中风和脑瘫患者也是潜在市场，仅整个美国市场规模高达500亿美元，发展空间不可限量。工业应用目前还处于探索阶段工业应用目前还处于探索阶段工业应用目前还处于探索阶段工业应用目前还处于探索阶段工业应用目前还处于探索阶段工业应用目前还处于探索阶段工业应用目前还处于探索阶段工业应用目前还处于探索阶段

　　 工业应用方面

　　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。

　　其中，工业生产领域机械骨骼主要有两方面用途：一是可以帮助生产线上的工人减轻重复劳作的压力；二是可用做手臂重物支撑，可以替代小型叉车。洛克希德马丁公司目前在研究开发一种适用工业的新型机械骨骼，它通过抽吸穿过金属框架的加热液压液体，从而扩大了人体的肢体力量，能够举起搬运更大重量的物体。同时EKSO也在工业环节布局，尤其是在重型机械操作上，可有效的保护操作人员。

　　目前还没有正在面向工业的机械骨骼。仅有的几次应用是：（1）2011年普吉特海湾海军造船厂一次高难度测试，工人身着全身外骨骼系统（HULC）托举电动砂轮机进行船体打磨，海军部随后发布了测试结果：打磨时间仅为常规耗时的1/3、打磨质量改善、一名患有纤维肌痛的工人轻松完成任务；（2）HAL被用于福岛核电站救助现场。

　　机械骨骼技术成果

　　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。

　　机械骨骼的发展与相关技术的突破密不可分，早期主要体现在传感技术、材料技术和控制技术的进步。90年代中期体现在力反馈技术和触觉反馈技术的广泛应用。进入21世纪后，能源技术、微驱动技术、材料科学、信息技术的发展，机械骨骼也逐步向实用化方向发展。

　　机械骨骼技术的重中之重——传感器

　　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。