人類想要借助自身行動更快的夢想從未停歇，擁有一套鋼鐵俠所穿戴的鎧甲是無數(shù)人的夢想。無數(shù)電影導(dǎo)演和科幻迷們告訴我們，有一種方式，那就是外骨骼機(jī)器人。外骨骼機(jī)器人一直是科幻電影中人類自身能駕馭力量的極限。它們的出現(xiàn)不僅能夠幫助人類分擔(dān)繁重的體力勞動，還能大幅提升工作效率。

外骨骼機(jī)器人是一種結(jié)合了人的智能和機(jī)械動力，裝置機(jī)械能量的人機(jī)結(jié)合的可穿戴裝備。外骨骼的定義最早其實(shí)來源于動物，即外部的骨骼，這些外部骨骼一般用于支撐和保護(hù)動物，與之相反的是人類這樣“內(nèi)骨骼”的生物。 

外骨骼機(jī)器人是融合了傳感、控制、信息、融合、移動計(jì)算，為操作者提供可穿戴的機(jī)械機(jī)構(gòu)的綜合技術(shù)。是指套在人體外面的機(jī)器人，是人體能力增強(qiáng)的主要路徑之一也稱"可穿戴的機(jī)器人"。

本文將重點(diǎn)展開外骨骼機(jī)器人的初步分析以及在快遞物流的應(yīng)用分析。也許短期內(nèi)外骨骼機(jī)器人在快遞物流領(lǐng)域還不具備大規(guī)模推廣的條件，但這是一個長期的過程，是未來快遞科技的一個轉(zhuǎn)型方向。

01 外骨骼機(jī)器人的工作原理

一般來說，外骨骼機(jī)器人由傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)四大核心部件構(gòu)成。其中控制系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)是其核心。實(shí)現(xiàn)人機(jī)實(shí)時交互和控制是外骨骼機(jī)器人的最難點(diǎn)。

交互整體工作原理一般是：

第一步感知人體行為意圖，一般是陀螺儀+加速度計(jì)+肌肉電信號等方式結(jié)合；

第二步實(shí)現(xiàn)驅(qū)動方式，例如采用高級行為驅(qū)動；

第三是一般通過激光+超聲感知對外界環(huán)境做出判斷。

目前機(jī)器人獲得人類意圖有兩種方式：直接獲取操作者意圖和間接獲取操作者意圖。

外骨骼的研究方向主要是圍繞以下幾個方面：

第一，柔性關(guān)節(jié)技術(shù)，動力源主要是具有高速響應(yīng)的高功率輸出的，目前主要是電驅(qū)動形式。

第二，意圖識別技術(shù)，通過慣性量、交互量、腦電、肌電等來判斷使用者運(yùn)動意圖。

第三，人工智能技術(shù)，每個人的步態(tài)方式不同，驅(qū)動角度和驅(qū)動力不同，通過數(shù)據(jù)磨合，尋找適合獨(dú)自的模式。

第四，新型材料技術(shù)，通過更輕、更舒適的材料和人體結(jié)合，把各種模塊合理布置。

第五，能源技術(shù)，保證安全性和高續(xù)航能力，并且在一些特種作業(yè)環(huán)境，還應(yīng)該具有不同的防護(hù)能力。

02 外骨骼機(jī)器人的作用

前面提到，外骨骼機(jī)器人的工作原理。外骨骼機(jī)器人其本質(zhì)是一種可穿戴機(jī)器人，能夠?yàn)榇┐髡咛峁┍Ｗo(hù)功能、增強(qiáng)穿戴者的能力，延展、補(bǔ)充、替代或增強(qiáng)人的身體功能、肢體運(yùn)動能力和負(fù)重能力，那么來外骨骼機(jī)器人可以用來干嘛呢？

在醫(yī)療健康領(lǐng)域，外骨骼機(jī)器人可以支撐患者的身體，幫助患者實(shí)現(xiàn)自由行動、康復(fù)訓(xùn)練。CBInsights調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，全球融資金額前十的外骨骼機(jī)器人企業(yè)產(chǎn)品均屬于醫(yī)療健康類。從全球各地的反饋消息來看，外骨骼機(jī)器人對于患者十分匹配。例如《中國青年報》報道，四川自貢小伙林寒因從高處摔落而落下肢體殘疾，而在電子科技大學(xué)研制的外骨骼機(jī)器人幫助下，林寒通過胸部、腹部和腿部的綁帶將外骨骼機(jī)器人穿在了身上，再通過肘杖上的控制按鈕啟動設(shè)備，外骨骼機(jī)器人會慢慢推動他從輪椅上站起來。只要再按動一下行走按鈕，外骨骼機(jī)器人便會幫助他邁腿，通過手肘保持平衡一步一步順利向前走。

在工業(yè)領(lǐng)域，外骨骼機(jī)器人可增強(qiáng)人類的肢體能力。其實(shí)在科學(xué)家們研制Hardiman（第一臺外骨骼機(jī)器人）時，其中一個主要目的便是開發(fā)一個能夠幫助士兵搬運(yùn)貨物的機(jī)器人，所以在最初的設(shè)計(jì)要求中他們要求外骨骼機(jī)器人需要幫助穿戴者搬運(yùn)682Kg負(fù)載，單臂需舉起341Kg貨物（因技術(shù)問題未能實(shí)現(xiàn)）。不過這一需求在新時代的外骨骼機(jī)器人中得以實(shí)現(xiàn)，例如日本神奈川工科大學(xué)研發(fā)的動力助力外骨骼穿戴設(shè)備——動力輔助服，能夠幫助工人、護(hù)士上肢舉起重物。

在救災(zāi)軍事場景下外骨骼機(jī)器人可以保護(hù)人類身體。與烏龜、所有甲蟲一樣，外骨骼機(jī)器人就像是護(hù)甲一樣，對人體具有一定的防護(hù)作用；

在生活娛樂場景中，外骨骼機(jī)器人可以充當(dāng)鏈接虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的橋梁，增強(qiáng)人類對虛擬世界的感知與體驗(yàn)。

根據(jù)以上作用特征，目前外骨骼機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域可分為：

醫(yī)用外骨骼機(jī)器人：幫助病人進(jìn)行身體技能康復(fù)，也包括幫助老年人、殘截病人等行動不方便的病人作為輔助行動機(jī)器。

工業(yè)外骨骼機(jī)器人：工業(yè)主要用于汽車制造、物流行業(yè)等領(lǐng)域，可協(xié)助勞動者完成更重體力的勞動。

軍用外骨骼機(jī)器人：軍用主要為了提高士兵的作戰(zhàn)能力，也可提高軍人的負(fù)重能力。

03 外骨骼機(jī)器人的發(fā)展歷程

外骨骼機(jī)器人的想法可以追溯到1890年，當(dāng)時一位叫尼古拉斯·亞根的俄羅斯人發(fā)明了一種用壓縮空氣包為動力的類外骨骼系統(tǒng)；1917年，美國發(fā)明家開發(fā)了一種以蒸汽為動力的外骨骼機(jī)器人。

1960年，最早的外骨骼項(xiàng)目出現(xiàn)，其來源于美國軍方的增強(qiáng)型軍用裝甲，同期康奈爾大學(xué)的研究者也開始研究人體增強(qiáng)的概念，后續(xù)外骨骼機(jī)器人很快就開始研發(fā)，也造成了這個領(lǐng)域大部分能夠探明的問題迅速被探明。

具體為四個時期：

1.0時代（1960年）：起源于上世紀(jì)60年代的軍用領(lǐng)域，美國軍方率先開展研究，目的是設(shè)計(jì)增強(qiáng)型軍用裝甲。

2.0時代（2005年）：開始出現(xiàn)商用產(chǎn)品，主要目標(biāo)人群是癱瘓截肢病人，運(yùn)用硬質(zhì)外骨骼輔助人體承受重量的理念，但產(chǎn)品剛性結(jié)構(gòu)特性，體積大、重量大、無法便攜等問題，使得中長期使用無法實(shí)現(xiàn)，商用化市場并未被打開。

3.0時代（2010年）：中國從2010年開始引入美國的先進(jìn)技術(shù)，國內(nèi)企業(yè)紛紛起步，追趕外企的發(fā)展，以大艾、布法羅機(jī)器人公司等為代表。而此時，國內(nèi)的外骨骼發(fā)展主要依托于高校的研究資源并商業(yè)化，但技術(shù)上如何為使用者提供切實(shí)價值暫未突破，技術(shù)仍以剛性外骨骼為主，對于運(yùn)動能力差的患者以及老年人群，難取得顯著的輔助效果。

4.0時代（2014年）：新技術(shù)開始出現(xiàn)，以柔性外骨骼為代表，外骨骼開始出現(xiàn)小型和輕量化的產(chǎn)品，通過用個性化算法幫助使用者進(jìn)行主動訓(xùn)練的方式，主要用于康復(fù)領(lǐng)域。各個玩家致力于加速產(chǎn)品更新和迭代，醫(yī)療端應(yīng)用場景出現(xiàn)大規(guī)模商用趨勢。

04 外骨骼機(jī)器人的市場規(guī)模

整體來說，外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，距離大規(guī)模應(yīng)用還有一段時間。國際研究機(jī)構(gòu)ABI在分析中預(yù)測，外骨骼機(jī)器人在近十年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)快速增長，甚至是全球化的發(fā)展，預(yù)計(jì)在2028年之前，有望實(shí)現(xiàn)全球性規(guī)?；鲩L。

根據(jù)預(yù)測，2020年至2030年，外骨骼機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)年復(fù)合增長率將達(dá)到33%，2025年開始達(dá)到高增長階段，預(yù)計(jì)在3年內(nèi)復(fù)合增長率達(dá)到47.7%，到2028年，全球的市場規(guī)?；蛲黄?8億美元，并逐漸走向成熟。2030年，全球規(guī)模將突破68億美元。

2018年，全球的外骨骼機(jī)器人出貨量僅為7000件，產(chǎn)業(yè)營收1.92億美元，從產(chǎn)業(yè)目前的發(fā)展情況來看，預(yù)測2025年全球的出貨量將達(dá)到10.7萬件，2028年達(dá)30.1萬件。

05 外骨骼機(jī)器人的價值

外骨骼機(jī)器人的價值在于技術(shù)有著很大的發(fā)展空間，未來能夠減輕穿戴者的工作強(qiáng)度，提高工作效率。

在工業(yè)領(lǐng)域，超過20%的勞動損傷都是發(fā)生在肩部和腰背部，企業(yè)用于支付肩部和腰背部損失的勞動損傷保險總額巨大；人工搬運(yùn)、重復(fù)運(yùn)動和糟糕的身體姿勢都將促使和工作相關(guān)的肌肉骨骼疾病危害工人的健康、影響企業(yè)的發(fā)展以及對社會經(jīng)濟(jì)造成負(fù)擔(dān)；中國工人勞動強(qiáng)度大，勞動損傷人群年齡已下探到25歲，每年因工傷保險支出甚至超過百億人民幣。

以汽車制造業(yè)為例，雖然目前汽車流水線前端的制造工位基本已實(shí)現(xiàn)自動化操作，但是末端汽車總裝線工位依舊無法被自動化設(shè)備完全取代。這些工位作業(yè)對工人的肩部和腰部骨骼關(guān)節(jié)帶來了極大損傷。以頭頂操作為例，工人需要舉起約5-6公斤重的零件與工具，每天約重復(fù)3000-4000次，常年單一動作加上重力壓迫很容易引發(fā)肩部與腰部的勞損，也會影響工廠流水線的效率。

無論是巨額的工傷成本，還是老齡化社會的進(jìn)行時，這種可助力的動力外骨骼系統(tǒng)無疑在未來會有著巨大的潛在應(yīng)用市場。

 06 外骨骼機(jī)器人在快遞物流的應(yīng)用

快遞物流外骨骼機(jī)器人屬于工業(yè)外骨骼機(jī)器人一個分支領(lǐng)域，這一分支領(lǐng)域尤其在快遞物流發(fā)達(dá)的國內(nèi)應(yīng)用火爆。據(jù)悉，“外骨”最高可節(jié)省操作者60％的能耗，極大提高搬運(yùn)效率，同時有效保護(hù)快遞員腰部肌群。有了它，工作人員不需要起重設(shè)備也可以搬起平時難以拿動的部件。此外，據(jù)了解，機(jī)器人還可配備局部肌群能耗及疲勞監(jiān)測系統(tǒng)，通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對員工在工作過程中生理信息的實(shí)時監(jiān)測，并提前預(yù)警員工身體疲勞情況，適時提出休息建議，幫助管理者動態(tài)調(diào)整用工規(guī)劃。

可以說，在工業(yè)領(lǐng)域中，快遞物流是最具前景、市場規(guī)模最大的領(lǐng)域，我國擁有全球最大的快遞流通。2021年，快遞企業(yè)支撐了中國超1000億的包裹流通，日均快件處理量近3億件，連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一。根據(jù)中國郵政數(shù)據(jù)顯示，我國近年來快遞數(shù)量的急劇增加。而其中快遞的分揀、配送均是勞動密集型環(huán)節(jié)，人力成本高、用人招工難、效率瓶頸、操作風(fēng)險成為行業(yè)痛點(diǎn)。在配送中心，分揀搬運(yùn)成本約占90%，直接參與分揀操作的人力占到50%，同時整個配送中心作業(yè)時間的30%-40%更是被分揀作業(yè)時間所占。在物流領(lǐng)域中的快遞分揀等環(huán)節(jié)，普遍員工在工作4小時后效率直線下滑，而穿戴外骨骼后，工人的能耗節(jié)省率可達(dá)到50%-60%，將員工高效工作時間延長至8小時甚至更多，外骨骼大幅度提高工人在物流分揀等流程的效率。假設(shè)后續(xù)外骨骼產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?，投入應(yīng)用便可短時期收回成本。

快遞物流行業(yè)是人口密度較大的行業(yè)，基層工作者勞動強(qiáng)度很大，勞動工人的需求也伴隨快遞行業(yè)發(fā)展日益增大。但據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局披露的數(shù)據(jù)，我國近年來在重體力勞動行業(yè)的從業(yè)人員持續(xù)減少，80、90后或多或少都完成職業(yè)教育（中專）或者大學(xué)教育，若非生活所迫，很少會主動從事重體力勞動。00后選擇工作，更是以興趣為主。從2013年起，這幾大領(lǐng)域的從業(yè)人員持續(xù)減少。同時從業(yè)群體高齡化的現(xiàn)象在持續(xù)增加，大部分工人在體能上難以適配高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)環(huán)境和需求，長期重復(fù)的勞動造成的職業(yè)病進(jìn)一步降低了工人的生產(chǎn)效率。這些都導(dǎo)致未來的快遞物流行業(yè)用人成本會不斷上漲。因此，未來快遞物流企業(yè)對能夠增強(qiáng)工人力量，減輕工人負(fù)擔(dān)的外骨骼機(jī)器人的需求潛力巨大。

因此，被視為成本環(huán)節(jié)的物流行業(yè)，提升行業(yè)整體效率是核心且迫切的需求。"機(jī)器換人"目前是物流行業(yè)的提效升級的主流思維之一，但目前的機(jī)器人主要執(zhí)行簡單和單一動作。而復(fù)雜度高和靈活性高的崗位，如分揀和包裝工位，以及特殊環(huán)境下出現(xiàn)的臨時型工位，都難以被機(jī)器較好的解決，這些不可被替代的工種約占2/3。

外骨骼機(jī)器人的出現(xiàn)，則能在其中通過助力物流從業(yè)人員，達(dá)到提效目的。如果物流企業(yè)硬生生地砍掉一部分崗位的人員，直接換上機(jī)器，這種策略大概率會對員工的穩(wěn)定性造成影響。而通過應(yīng)用外骨骼機(jī)器人，提升單位人員的產(chǎn)能，效率提升，這個策略是相對更符合人性的途徑。使用科技設(shè)備主要是一次性的投入以及日常的維護(hù)、保養(yǎng)，也起到了企業(yè)在人工成本的節(jié)省。

快遞物流行業(yè)，急需科技的力量，來助力企業(yè)將重體力的、重復(fù)性勞動的崗位釋放出來，這是大勢所趨，也是市場競爭下的必然選擇。

當(dāng)然，想要讓物流企業(yè)去采購這些設(shè)備，還是要靠“性價比”來說話，也就是當(dāng)科技工具能夠?qū)崿F(xiàn)低成本且量產(chǎn)的時候，才是物流科技普及的時候。

07 應(yīng)用發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)

國內(nèi)的外骨骼市場沒有迅速發(fā)展起來的原因，最大的絆腳石依然是技術(shù)本身。

21世紀(jì)以來飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、材料技術(shù)并沒有對外骨骼產(chǎn)品帶來變革性影響。即便加入了能捕捉外界信息的多類型傳感器，提高了功能性，但其根本性的機(jī)械、控制、驅(qū)動三大問題沒有因此得到解決。應(yīng)用領(lǐng)域因此很難實(shí)現(xiàn)大范圍突破，公攤成本高也進(jìn)一步導(dǎo)致價格居高不下。外骨骼機(jī)器人作為生產(chǎn)資料，是以市場為導(dǎo)向。應(yīng)用方會充分考量其作為生產(chǎn)資料的投資產(chǎn)出穩(wěn)定性。

造成外骨骼機(jī)器人價格居高不下的原因除了市場規(guī)模小、研發(fā)成本高等因素外，另一個隱性因素是外骨骼相關(guān)企業(yè)并不賺錢，四大上市企業(yè)營收均偏低。這也阻礙了外骨骼機(jī)器人在消費(fèi)級民用化市場爆發(fā)。

例如在機(jī)械系統(tǒng)上，外骨骼的結(jié)構(gòu)樣式?jīng)]有太多設(shè)計(jì)革新。目前動力輸出持續(xù)度依然和產(chǎn)品體積以及穿戴面積正相關(guān)，困擾著有效工作時間。不夠小型化、輕量化導(dǎo)致穿戴久了仍然會出現(xiàn)肌肉不適、笨重不靈活等問題。

又例如在控制和驅(qū)動系統(tǒng)上，各家企業(yè)還是需要將電機(jī)、控制電腦等多個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分布式集成。如果加上電池組和傳感設(shè)備，外骨骼長期系統(tǒng)穩(wěn)定性以及靈活性很難保證。

目前整個機(jī)器人行業(yè)都試圖通過機(jī)械原理還原甚至超越人類，但例如實(shí)現(xiàn)高的自重比這一條都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能實(shí)現(xiàn)。

除了在整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動模式、控制技術(shù)、算法、材料等技術(shù)模塊持續(xù)優(yōu)化外，軟件也成為外骨骼機(jī)器人企業(yè)競爭的核心，如數(shù)據(jù)收集與分析?？梢哉f，對機(jī)械產(chǎn)品而言，軟件也是核心技術(shù)，而且是比硬件更重要的核心技術(shù)。因?yàn)樽鳛橐匀藶楹诵?，從用戶視角出發(fā)的產(chǎn)品，未來必然需要不斷優(yōu)化體驗(yàn)感。

盡管在工業(yè)領(lǐng)域的很多方面(例如物資運(yùn)送以及快遞分揀)，使用全智能機(jī)器人的成本遠(yuǎn)超外骨骼機(jī)器人，并且效率也僅僅與其持平。但是隨著智能機(jī)器人的發(fā)展(使用效率的提升以及成本的降低)，外骨骼機(jī)器人存在被全智能機(jī)器人代替的可能性。因此工業(yè)領(lǐng)域方面的發(fā)展受限較大。

當(dāng)下對外骨骼機(jī)器人熱捧，構(gòu)想也非常美好，但外骨骼機(jī)器人改變不了運(yùn)動核心依然是人這一現(xiàn)實(shí)。其圍繞的工作核心還是人類。

因此更安全、更友好是外骨骼機(jī)器人的首要目標(biāo)。

08 結(jié)束語

毋庸置疑，外骨骼機(jī)器人正迎來前所未有的歷史性機(jī)遇及政策紅利。未來相信隨著5G技術(shù)、大數(shù)據(jù)、新型材料、3D打印、傳感與控制、柔性可穿戴設(shè)備及仿生學(xué)等技術(shù)的快速發(fā)展，將進(jìn)一步加速以人機(jī)融合為特征的新一代外骨骼的快速發(fā)展。

盡管外骨骼機(jī)器人還存在著很多挑戰(zhàn)，但相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，其一定能被普及到日常生活中。

目前，無人車、無人機(jī)、智能寄件桶等已經(jīng)在為中通快遞提供很多“黑科技”輔助，做著自己的“服務(wù)”，為基層提升效率。隨著實(shí)業(yè)不斷回歸，以及新技術(shù)的加持，整個物流業(yè)也在發(fā)生翻天覆地的變化。無論世界怎么變化，中通努力奮斗的精神永遠(yuǎn)不會變，我們將以更加開放的態(tài)度，整合優(yōu)勢資源，關(guān)注外骨骼機(jī)器人的應(yīng)用，致力于在未來幫助一線員工減輕勞動強(qiáng)度，為中國科技產(chǎn)業(yè)興起做出突出貢獻(xiàn)。

技術(shù)的發(fā)展和成熟是循序漸進(jìn)的，各個環(huán)節(jié)的打通也需要時日，這是一個漫長的過程。但我們相信隨著技術(shù)的進(jìn)步、材料等問題的攻克，外骨骼機(jī)器人最終能夠價格不斷下降，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)萬元甚至數(shù)千元的量級，這時候市場無疑將迎來一個巨大突破。而如果能把外骨骼機(jī)器人實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，或許人類探索未知的宇宙，也就不再是遙不可及的夢想。