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人的夢想。無數電影導演和科幻迷們告訴我們，有一種方式，那就是外骨骼機器人。外骨骼機器人一直是科幻電影中人類自身能駕馭力量的極限。它們的出現不僅能夠幫助人類分擔繁重的體力勞動，還能大幅提升工作效率。

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

外骨骼機器人是融合了傳感、控制、信息、融合、移動計算，為操作者提供可穿戴的機械機構的綜合技術。是指套在人體外面的機器人，是人體能力增強的主要路徑之一也稱"可穿戴的機器人"。

本文將重點展開外骨骼機器人的初步分析以及在快遞物流的應用分析。也許短期內外骨骼機器人在快遞物流領域還不具備大規模推廣的條件，但這是一個長期的過程，是未來快遞科技的一個轉型方向。

01 外骨骼機器人的工作原理

一般來說，外骨骼機器人由傳感系統、控制系統、驅動系統、機械系統四大核心部件構成。其中控制系統與驅動系統是其核心。實現人機實時交互和控制是外骨骼機器人的最難點。

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+肌肉電信號等方式結合；

第二步實現驅動方式，例如采用高級行為驅動；

第三是一般通過激光+超聲感知對外界環境做出判斷。

目前機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，柔性關節技術，動力源主要是具有高速響應的高功率輸出的，目前主要是電驅動形式。

第二，意圖識別技術，通過慣性量、交互量、腦電、肌電等來判斷使用者運動意圖。

第三，人工智能技術，每個人的步態方式不同，驅動角度和驅動力不同，通過數據磨合，尋找適合獨自的模式。

第四，新型材料技術，通過更輕、更舒適的材料和人體結合，把各種模塊合理布置。

第五，能源技術，保證安全性和高續航能力，并且在一些特種作業環境，還應該具有不同的防護能力。

02 外骨骼機器人的作用

前面提到，外骨骼機器人的工作原理。外骨骼機器人其本質是一種可穿戴機器人，能夠為穿戴者提供保護功能、增強穿戴者的能力，延展、補充、替代或增強人的身體功能、肢體運動能力和負重能力，那么來外骨骼機器人可以用來干嘛呢？

在醫療健康領域，外骨骼機器人可以支撐患者的身體，幫助患者實現自由行動、康復訓練。CBInsights調研數據顯示，全球融資金額前十的外骨骼機器人企業產品均屬于醫療健康類。從全球各地的反饋消息來看，外骨骼機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，而在電子科技大學研制的外骨骼機器人幫助下，林寒通過胸部、腹部和腿部的綁帶將外骨骼機器人穿在了身上，再通過肘杖上的控制按鈕啟動設備，外骨骼機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。

在工業領域，外骨骼機器人可增強人類的肢體能力。其實在科學家們研制Hardiman（第一臺外骨骼機器人）時，其中一個主要目的便是開發一個能夠幫助士兵搬運貨物的機器人，所以在最初的設計要求中他們要求外骨骼機器人需要幫助穿戴者搬運682Kg負載，單臂需舉起341Kg貨物（因技術問題未能實現）。不過這一需求在新時代的外骨骼機器人中得以實現，例如日本神奈川工科大學研發的動力助力外骨骼穿戴設備——動力輔助服，能夠幫助工人、護士上肢舉起重物。

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

在生活娛樂場景中，外骨骼機器人可以充當鏈接虛擬世界與現實世界的橋梁，增強人類對虛擬世界的感知與體驗。

根據以上作用特征，目前外骨骼機器人的應用領域可分為：

醫用外骨骼機器人：幫助病人進行身體技能康復，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器。

工業外骨骼機器人：工業主要用于汽車制造、物流行業等領域，可協助勞動者完成更重體力的勞動。

軍用外骨骼機器人：軍用主要為了提高士兵的作戰能力，也可提高軍人的負重能力。

03 外骨骼機器人的發展歷程

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

1960年，最早的外骨骼項目出現，其來源于美國軍方的增強型軍用裝甲，同期康奈爾大學的研究者也開始研究人體增強的概念，后續外骨骼機器人很快就開始研發，也造成了這個領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60年代的軍用領域，美國軍方率先開展研究，目的是設計增強型軍用裝甲。

2.0時代（2005年）：開始出現商用產品，主要目標人群是癱瘓截肢病人，運用硬質外骨骼輔助人體承受重量的理念，但產品剛性結構特性，體積大、重量大、無法便攜等問題，使得中長期使用無法實現，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技術，國內企業紛紛起步，追趕外企的發展，以大艾、布法羅機器人公司等為代表。而此時，國內的外骨骼發展主要依托于高校的研究資源并商業化，但技術上如何為使用者提供切實價值暫未突破，技術仍以剛性外骨骼為主，對于運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）：新技術開始出現，以柔性外骨骼為代表，外骨骼開始出現小型和輕量化的產品，通過用個性化算法幫助使用者進行主動訓練的方式，主要用于康復領域。各個玩家致力于加速產品更新和迭代，醫療端應用場景出現大規模商用趨勢。

04 外骨骼機器人的市場規模

整體來說，外骨骼機器人產業還處于起步階段，距離大規模應用還有一段時間。國際研究機構ABI在分析中預測，外骨骼機器人在近十年內有望實現快速增長，甚至是全球化的發展，預計在2028年之前，有望實現全球性規模化增長。

根據預測，2020年至2030年，外骨骼機器人的產業年復合增長率將達到33%，2025年開始達到高增長階段，預計在3年內復合增長率達到47.7%，到2028年，全球的市場規模或突破58億美元，并逐漸走向成熟。2030年，全球規模將突破68億美元。

2018年，全球的外骨骼機器人出貨量僅為7000件，產業營收1.92億美元，從產業目前的發展情況來看，預測2025年全球的出貨量將達到10.7萬件，2028年達30.1萬件。

05 外骨骼機器人的價值

外骨骼機器人的價值在于技術有著很大的發展空間，未來能夠減輕穿戴者的工作強度，提高工作效率。

在工業領域，超過20%的勞動損傷都是發生在肩部和腰背部，企業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、重復運動和糟糕的身體姿勢都將促使和工作相關的肌肉骨骼疾病危害工人的健康、影響企業的發展以及對社會經濟造成負擔；中國工人勞動強度大，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。

以汽車制造業為例，雖然目前汽車流水線前端的制造工位基本已實現自動化操作，但是末端汽車總裝線工位依舊無法被自動化設備完全取代。這些工位作業對工人的肩部和腰部骨骼關節帶來了極大損傷。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3000-4000次，常年單一動作加上重力壓迫很容易引發肩部與腰部的勞損，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行時，這種可助力的動力外骨骼系統無疑在未來會有著巨大的潛在應用市場。

 06 外骨骼機器人在快遞物流的應用

快遞物流外骨骼機器人屬于工業外骨骼機器人一個分支領域，這一分支領域尤其在快遞物流發達的國內應用火爆。據悉，“外骨”最高可節省操作者60％的能耗，極大提高搬運效率，同時有效保護快遞員腰部肌群。有了它，工作人員不需要起重設備也可以搬起平時難以拿動的部件。此外，據了解，機器人還可配備局部肌群能耗及疲勞監測系統，通過人工智能技術實現對員工在工作過程中生理信息的實時監測，并提前預警員工身體疲勞情況，適時提出休息建議，幫助管理者動態調整用工規劃。

可以說，在工業領域中，快遞物流是最具前景、市場規模最大的領域，我國擁有全球最大的快遞流通。2021年，快遞企業支撐了中國超1000億的包裹流通，日均快件處理量近3億件，連續8年穩居世界第一。根據中國郵政數據顯示，我國近年來快遞數量的急劇增加。而其中快遞的分揀、配送均是勞動密集型環節，人力成本高、用人招工難、效率瓶頸、操作風險成為行業痛點。在配送中心，分揀搬運成本約占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時間的30%-40%更是被分揀作業時間所占。在物流領域中的快遞分揀等環節，普遍員工在工作4小時后效率直線下滑，而穿戴外骨骼后，工人的能耗節省率可達到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。假設后續外骨骼產品實現規模化，投入應用便可短時期收回成本。

快遞物流行業是人口密度較大的行業，基層工作者勞動強度很大，勞動工人的需求也伴隨快遞行業發展日益增大。但據國家統計局披露的數據，我國近年來在重體力勞動行業的從業人員持續減少，80、90后或多或少都完成職業教育（中專）或者大學教育，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，這幾大領域的從業人員持續減少。同時從業群體高齡化的現象在持續增加，大部分工人在體能上難以適配高速運轉的生產環境和需求，長期重復的勞動造成的職業病進一步降低了工人的生產效率。這些都導致未來的快遞物流行業用人成本會不斷上漲。因此，未來快遞物流企業對能夠增強工人力量，減輕工人負擔的外骨骼機器人的需求潛力巨大。

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

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

快遞物流行業，急需科技的力量，來助力企業將重體力的、重復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。

當然，想要讓物流企業去采購這些設備，還是要靠“性價比”來說話，也就是當科技工具能夠實現低成本且量產的時候，才是物流科技普及的時候。

07 應用發展趨勢與挑戰

國內的外骨骼市場沒有迅速發展起來的原因，最大的絆腳石依然是技術本身。

21世紀以來飛速發展的計算機技術、傳感技術、材料技術并沒有對外骨骼產品帶來變革性影響。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，但其根本性的機械、控制、驅動三大問題沒有因此得到解決。應用領域因此很難實現大范圍突破，公攤成本高也進一步導致價格居高不下。外骨骼機器人作為生產資料，是以市場為導向。應用方會充分考量其作為生產資料的投資產出穩定性。

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

例如在機械系統上，外骨骼的結構樣式沒有太多設計革新。目前動力輸出持續度依然和產品體積以及穿戴面積正相關，困擾著有效工作時間。不夠小型化、輕量化導致穿戴久了仍然會出現肌肉不適、笨重不靈活等問題。

又例如在控制和驅動系統上，各家企業還是需要將電機、控制電腦等多個系統實現分布式集成。如果加上電池組和傳感設備，外骨骼長期系統穩定性以及靈活性很難保證。

目前整個機器人行業都試圖通過機械原理還原甚至超越人類，但例如實現高的自重比這一條都還遠遠沒能實現。

除了在整體機械結構、驅動模式、控制技術、算法、材料等技術模塊持續優化外，軟件也成為外骨骼機器人企業競爭的核心，如數據收集與分析。可以說，對機械產品而言，軟件也是核心技術，而且是比硬件更重要的核心技術。因為作為以人為核心，從用戶視角出發的產品，未來必然需要不斷優化體驗感。

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

當下對外骨骼機器人熱捧，構想也非常美好，但外骨骼機器人改變不了運動核心依然是人這一現實。其圍繞的工作核心還是人類。

因此更安全、更友好是外骨骼機器人的首要目標。

08 結束語

毋庸置疑，外骨骼機器人正迎來前所未有的歷史性機遇及政策紅利。未來相信隨著5G技術、大數據、新型材料、3D打印、傳感與控制、柔性可穿戴設備及仿生學等技術的快速發展，將進一步加速以人機融合為特征的新一代外骨骼的快速發展。

盡管外骨骼機器人還存在著很多挑戰，但相信隨著技術的不斷進步與發展，其一定能被普及到日常生活中。

目前，無人車、無人機、智能寄件桶等已經在為中通快遞提供很多“黑科技”輔助，做著自己的“服務”，為基層提升效率。隨著實業不斷回歸，以及新技術的加持，整個物流業也在發生翻天覆地的變化。無論世界怎么變化，中通努力奮斗的精神永遠不會變，我們將以更加開放的態度，整合優勢資源，關注外骨骼機器人的應用，致力于在未來幫助一線員工減輕勞動強度，為中國科技產業興起做出突出貢獻。

技術的發展和成熟是循序漸進的，各個環節的打通也需要時日，這是一個漫長的過程。但我們相信隨著技術的進步、材料等問題的攻克，外骨骼機器人最終能夠價格不斷下降，最終實現數萬元甚至數千元的量級，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器人實現規模化，或許人類探索未知的宇宙，也就不再是遙不可及的夢想。