外骨骼机器人定义、分类、组成及发展情况如何？

可穿戴智能装备，助力人类运动。

外骨骼机器人是一种可穿戴的智能机械装置，其设计灵感源于生物学中昆虫的外骨骼结 构，通过电机、传感器、控制系统等技术协作，为人类提供类似于昆虫和壳类动物外骨 骼的力量支撑，增强或恢复人体的运动能力。从下游场景上看，外骨骼机器人主要应用 于军事（增强士兵负重能力，提升作战效率）、工业（物流、汽车制造等领域减轻工人劳 动强度）、医疗（康复训练、辅助行动障碍患者）、民用（老年人助行、户外运动）等领 域。

外骨骼机器人有多种分类方式，按照结构（与人体耦合的部位）可以分为上肢外骨骼机 器人、下肢外骨骼机器人和全身外骨骼机器人三类。按照驱动方式，可以分为液压驱动、 气压驱动、电机驱动和混合驱动等外骨骼机器人。按照驱动关节可以分为单关节外骨骼 机器人和多关节（两个及两个以上驱动关节）外骨骼机器人。

从零部件上看，外骨骼机器人是复杂的多系统集成，包括传感系统、控制系统、驱动系 统、机械系统和动力系统。

传感器系统：主要包括 sEMG 传感器、光电编码器以及力传感器。传感器系统将人体 的运动信息（如位置、速度和加速度等）采集过来传递给控制系统，进而由控制系 统判断人体的运动意图，从而决定电机输出力矩的大小，使得外骨骼机器人和用户 能够保持动作一致性。

控制系统：控制系统是外骨骼机器人主要的信息处理单元，把传感器传输过来的信 息进行处理分析，发送指令给驱动机构来控制外骨骼机器人运动。

驱动系统：驱动系统为下肢外骨骼机器人的运动提供驱动力矩，常用的方案包括电 机驱动、液压驱动和气缸驱动等。

机械系统：机械系统作为机器人的支撑框架，是外骨骼机器人的主要实体结构，一 般采用轻型的材料，如航空铝、钛合金、碳纤维、纤维织物等。

动力系统：通过电池、内燃机等为外骨骼机器人提供原动力。

外骨骼机器人发展情况大概可以分为以下三个阶段： （1）从 1960 年到 1980 年为技术探索和试验阶段。美国科研机构引领第一波研发热潮， 最早的外骨骼实验室样机以军用为主，但难以投入实际应用。各国科研机构继而开展医 疗康复等用途的外骨骼，实用性增强。 国外的外骨骼机器人研发较早，1960 年美国康奈尔大学研发 Man-Amplifier 外骨骼；同 时期，通用电气与康奈尔大学合作研发出 Hardiman 可穿戴式动力外骨骼。二者均以军用 为目的，但由于前期技术限制，对人体的辅助作用尚未达到应有的效果。

1970 年代，威斯康辛麦迪逊大学研发的计算机控制多任务动力型外骨骼，能帮助截瘫患 者行走。同时期，法国蒙彼利埃大学研发了气动型外骨骼机器人，也被作为医疗康复类 设备使用。

（2）从 1980 年到 2000 年为平缓发展阶段。外骨骼机器人逐渐走出实验室，企业界和科 研专家双向推动外骨骼机器人的技术研发和市场化。 1980 年代，美国的退役军人 Monty Reed 研发了 Lifesuit Exoskeleton 外骨骼机器 人，可以帮助残疾人行走。 1990 年代，Dick 与 Edwards 研发了 Spring walker 下肢外骨骼设备，能够增强跳跃 高度。

（3）从 2000 年之后至今为技术突破性发展阶段。2000 年后，外骨骼技术（材料技术、 关节运动信息定向、驱动器和控制器优化、机电一体化设计、人与外骨骼的人机交互接 口设计等）实现了重要突破，既降低了生产成本，也提高了穿戴者行走跑步等运动性能， 产品应用范围也发展至军用、医疗、民用、工业等多个领域。 2000 年，为提高士兵的行军能力，美国国防高级研究计划局资助加州大学伯克利分 校研发出下肢外骨骼 BLEEX。BLEEX 是有 40 多个传感器，采用液压驱动，能支持负 重 75kg 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。 2004 年，日本筑波大学教授山海嘉之成立公司 CYBERDYNE，其核心产品为 HAL 外骨 骼,HAL 目前已发展到第五代。HAL-5 运用单独的生物意识控制算法和自主控制算法， 使人的脑神经系统与机器人成为一个整体结构，并作为人体的一部分发挥相应的功 能。HAL-5 利用肌电传感器实时采集人体运动信号，预测人体运动意图，控制外骨 骼机器人与人体的协调运动。HAL-5 采用电机驱动方式，产品重 15kg，动力源小巧、 使用时间长，可应用于医疗康复、残疾人助力、灾害现场救援等多种场景。

近年来，随着 AI 技术的更加成熟，以及碳纤维等轻量化材料应用的不断推广，外骨骼机 器人逐步从医疗康复的 B 端市场拓展到辅助行走领域的 C 端消费市场。 2024 年，Skip 公司（创始团队来自谷歌）联合始祖鸟推出一款新型的可穿戴设备：裤外 骨骼 MO/GO。作为“世界上第一个动力服装”，MO/GO 瞬间火爆全网，在 24 年 8 月开始接 受预定，售价 4500 美元（约 3.3 万元）。同时也推出 8 小时租赁服务，一次 80 美元（约 600 元）。前两批 MO/GO 已经在一周内被预订一空。 结构方面，MO/GO 以始祖鸟的柔软透气的软壳裤 Gamma Pant 为基底，在裤腿里塞进 一条重量不到 900 克的碳纤维外骨骼结构，骨骼内置电动马达，为佩戴者提供动力。 功能方面，MO/GO 拥有 App，可分析佩戴者的步频步态，再借助人工智能算法让外骨 骼“认腿”后达到动力自适应。爬坡时，可为佩戴者提供 40%的助力，在下山时减 轻佩戴者膝盖的负担，日常活动让佩戴者感觉轻了 27 斤。此外，MO/GO 通过电池来 提供动力，佩戴者可以通过按钮调节开关和动力模式，最大模式下持续上坡续航达 3 小时，MO/GO 在裤腰部有备用电池袋，可进行充电。

国内公司中，2025 年深圳肯綮科技、杭州程天科技的外骨骼机器人凭借景区助力爬山、 价格低廉等备受关注。深圳肯綮科技推出的消费级登山机器人π，凭借轻巧酷炫的外观和智能 AI 算法， 2025 年春节期间在泰山景区火爆出圈。π融合了人体工学、动力、电子及 AI 算法 等技术，可感知下肢运动趋势，并通过 AI 智能学习算法自动匹配行走习惯并及时输 出助力，最大运动助力可达 15Nm，有效减轻双腿负担。同时电池可更换，适合野外 环境。 2025 年 3 月，杭州程天科技推出一款售价 2500 元的外骨骼机器人-易行 EasyGo，在 购物平台上架仅 15 秒，几百台现货就被抢购一空。EasyGo 采用无源助力设计和轻 量化碳纤维材质，不需要充电，仅靠机械结构和材料特性带来支撑力，整机重量不 到 2.5 公斤，可帮助穿戴者走路爬楼时省力。假如走一万步，可帮助穿戴者节省约 百分之十几的体力，助力可达到十几扭力，相当于抵消两大瓶可乐的重量。