「康知了」一文带你读懂全球康复外骨骼机器人

  「康知了」致力于提升康复认知，助推康复发展。「康知了」是推动中国康复发展的传播知名品牌。「康知了」是以打造康复垂直领域多媒体传播，康知了为中国康复相关机构提供互联网+咨询、软件开发、运营管理解决方案、全网营销推广等服务；最大限度地位康复相关机构提升整体竞争优势和价值，以实现用户业务加快速度进行发展的不同需求

  康复机器人目标是实现替代或辅助康复治疗师，简化传统一对一的繁重的治疗过程。

  目前康复机构配备主要是多自由度的牵引式/悬挂式康复机器人，但近年来在此基础上技术升级的穿戴式康复机器人即外骨骼机器人异军崛起。

  外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。

  外骨骼康复机器人在康复及疗养领域上有着非常大的潜力，这类系统不仅仅可以对行动障碍进行及时有效的治疗，也能够对自闭症类群、多动症等社会障碍进行干预治疗，未来还将在孤独老人陪护、推迟老年痴呆症的发生等方面发挥独特的作用。

  外骨骼机器人以其独特的优势在残疾人辅助及后期康复替代传统康复机器人潜力巨大。

  外骨骼机器人基于仿生学和人体工程学的设计使其拥有末端牵引式康复机器人不能够比拟的治疗效果与使用者真实的体验，不仅适合康复中心等机构用户，而且在个人用户普及方面显示出巨大潜力。

  在残疾人辅助方面，美国早在2013年就有超过27万瘫痪患者，初步估计已有高达189亿美元的市场空间；在后期康复方面，根据美国瘫痪协会统计，87.1%的病人的中后期康复选择在家解决，因此外骨骼机器人在此领域的前景更为广阔。

  国内康复机器人行业尚处于机构用户普及阶段，进入到临床应用的只有牵引式/悬挂式康复机器人，外骨骼康复机器人行业保守潜在市场空间约180亿。

  我国包括脑瘫、偏瘫、截瘫等后遗症在内的下肢运动功能障碍残疾人有近1500万，因衰老所致步行能力丧失的失能老人近4000万，同时每年脑损伤、脊髓损伤新发2000多万患者。

  而亟需康复技术人员约35万人，但从事康复工作的专业技术人员还不到2万人。因此，增加外骨骼康复机器人来协助进行康复训练意义重大。

  现有的康复机器人，按照针对躯体的部位可分为：上肢机器人，下肢机器人；按照功能划分可分为康复训练机器人和辅助行走机器人。

  形象的说，康复训练机器人就是教你怎么去走，辅助行走机器人就是帮你一步步走。康复训练外骨骼机器人有以下几大知名品牌：瑞士Hocoma、美国Woodway、中国大艾等，辅助行走外骨骼机器人主要有：以色列Rewalk、美国EKSO、日本Cyberdyne、新西兰Rex Bionics等。

  以色列Rewalk科技公司是全球民用外骨骼系统龙头，该系统的主要用途是协助下肢瘫痪的病人能够再次站立行走。

  ReWalk于2012年获得欧盟认证。2014年ReWalk的外骨骼产品通过了美国药物与食品管理局（FDA）的审批。

  目前，ReWalk Robotics 旗下共有两款产品，分别是ReWalk Personal和ReWalk Rehabilitation，前者主要是针对个人用户，适合家庭、工作或社交环境中使用，帮助患者站立、行走和爬楼。

  后者则是针对机构用户，用于临床修复，为瘫痪患者提供物理治疗方式，包括减缓瘫痪导致的肢体疼痛、肌肉痉挛、帮助肠道消化系统、加速新陈代谢等。

  Rewalk作为第一个通过美国FDA的医疗外骨骼系统，最为独特的一项功能就是拥有“自然步态”——可提供一种更自然的行走功能。

  所谓自然步态就是外骨骼系统能经过一段时间的磨合之后根据使用者的行走习惯和肌肉运动进行精密计算，最终“模拟出”最适合使用者的步态和移动速度，目前全球只有 Rewalk的产品具备这项功能，同时这种用到的核心设备倾斜传感器技术专利到2021年才到期。

  EKSO是美国的一家公司，创立于2005 年，2012年拿到FDA医院使用许可，ESKO 因为有美国国防部背景，所以在军事、民用、救援、医疗进行了多方位的尝试。

  在医疗方面，ESKO已有两款医疗外机械骨骼于2012年上市，使用了铝合金、钛合金、碳纤维等金属和复合材料，创建了高精度的感应器、微型驱动马达、拟人关节，配备了速度极快的中央处理器和强大的软件系统。

  目前用户可依据自己的情况和康复进度选择3种不同的康复模式： FirstStep（康复治疗师辅助进行）、ActiveStep（用户自主控制模式）和 ProStep（自动感应用户身体动作触发每一步）。

  Ekso产品的最大优势是得力于美国军方的肯定，常年与美国国防高级研究计划局DRAPA 有合作项目，在开发军用设备方面与洛克希德马丁公司也有合作。

  Ekso在军事上研发的产品Bleex使美国军方产生了极大兴趣，DARPA为此进行了相关拨款。随后Ekso开始涉及医疗外骨骼机器人，在医疗方面产品质量非常过硬，制造材料全都是同级别中最先进的，由此也带来了高成本的问题，Ekso产品的单价比Rewalk昂贵得多。

  2001年，日本筑波大学三阶吉行教授和他的研究小组正式推出了HAL（Hybrid Assistive Leg）系列混合助力腿外骨骼机器人，用户全身都可以穿戴外骨骼机器人。

  2008年HAL正式对外发布，2013年成为全世界首个获得安全认证的机器人外骨骼产品（ISO/DIS 13482）。

  2014年3月，Cyberdyne在东京上市，是日本首家生产医用及社会福利事业用机器人的公司上市。公司2013年接收到诊所使用的CE认证，积极推广在欧洲的市场，目前打算申请美国FDA认证。

  HAL作为助力外骨骼机器人最大的优势是“实现意念控制”，即大脑向筋骨系统发出的运动指令而动作，身体在动作的时会有微弱的生物电位信号溢出到皮肤的表面，采集皮肤上的生物电驱动外骨骼系统做相应的动作的，外骨骼能够最终靠这套系统探测人体肌肉的发力点从而介入工作。

  除此之外，工伤保险+租赁的组合使用方式成为它又一大优势，在德国，使用机器人套装HAL的治疗已能使用工伤保险，同时患病的人能支付5200美元左右的初期导入费后，就能够以每月大约1700美元的价格进行租赁使用。

  目前日本政府已将其列入“日本 Life Innovation 大国战略发展计划”，如果美国FDA审批能顺利通过，Cyberdyne将有望实现巨大盈利。

  Rex Bionics是新西兰的公司，Rex最大的优势是支持无支撑式独立行走，外骨骼的操纵杆安置在扶手内，操作无需手臂力量，适用于更广泛的顾客群体。

  表面采用了坚固的轻质材料，从下至上的多处尼龙搭扣以及腰间的宽腰带将使用者的身体与外骨骼捆绑在一起。为了兼容轮椅的操控习惯，Rex用腰间的两个操纵杆进行姿态控制。

  Rex重量为38公斤，由一个轻便充电池提供动力，充电一次可全天使用。每个Rex装置都是为病人度身订造的，预计售价最少约15万元。Rex是唯一一家无需拐杖支持的自助式设备，适用于四肢瘫痪患者，即便是下肢瘫痪患者，也可以彻底解放双手。

  松下充气式外骨骼，肘部和腕部装有传感器控制8块人造肌肉，人造肌肉内装有压缩空气，用于挤压瘫痪的部位，帮助偏瘫患者。

  当外骨骼的传感器检验测试到使用者弯腰举起重物时，电机通过传动装置为人体的四肢提供外部动力，减少人体的负担，实时分析使用者的活动信息，并给予恰当的力量辅助，让你用很小的力就可以搬起各种重物。

  今年10月，松下公布了一项研究外骨骼在医疗上的研究成果，通过运用软体机器人原理，这套人造外骨骼可以支撑多种人类肌肉运动，包括转身等常规外骨骼没办法实现的动作，是第一款可以使穿戴者转身的外骨骼。

  传统外骨骼只能依靠连接处轴的转动来对穿戴者提供支撑力，这也就从另一方面代表着其形变范围非常有限。而软体塑料线不受连接轴的限制，拥有更大的形变范围，因此穿戴者可以转身、扭动跨步。

  它的核心功能还在于能够最终靠腰部集成的传感器对人体姿势进行仔细的检测，方便不同行动之间的模式转换，不碍事也不会造成损伤。

  2016年加州公司suitX发布了可移动机械外骨骼PhoeniX，主要面向的是残疾人士，其利用发动机帮助穿戴者移动双腿。

  早在2005年suitX就与慢慢的变成了外骨骼商品市场领导者的Ekso Bionics合作，目前客户主要为脊髓损伤患者、运动损伤患者、大脑麻痹患者和体力劳动者，面向家庭、社区包括儿童在内的各个年龄阶段的患者。

  PhoeniX最大的特点在于极简，这个行走的外骨骼，脚下没有传感器，膝盖没有制动器，重量只有12.25kg。极简的设计外加先进的嵌入式智能微小组件是PhoeniX能够控制其重量和成本的重要原因，外骨骼设计采用模块化设计，大致上可以分为一个髋关节模块，2个膝关节模块和2个脚模块，客户能单独使用或连接在一起，形成一个完整的系统，模块化的外骨骼设计能够使患者身体的每个部分都动起来。

  这不仅削减了不必要的重量和体积同时也会让电池的寿命延长，在完全组装安装，充电完成的状态下可以不间断连续4个小时的行走，最高步行速度达到每小时约1.8公里。Phoenix目前还在等待FDA的批准,在美国市面上出售的价格约为四万美元。

  DARPA（美国国防部高级计划研究局）与哈佛大学的生物工程研究所签订了290万美元的合同，用于开发柔韧的机器外骨骼装置，增强士兵和普通人的力量，帮助行动不便和瘫痪人士重新站立起来。

  所开发的装置被称为柔性机器护甲（Soft Exosuit），其功能与其他机器外骨骼装置差不多。但不同之处在于，柔性机器护甲不像之前的装置那么笨重，而是会很轻具有柔韧性。它由编织成带状的纺织物组成，能包裹在使用者的腰部和腿部，内置微处理器、传感器和能源。此外，腰部还会置入马达，用于提供力量和机动性。

  尖叫科技于2015年成立，专注人工智能机器人外骨骼辅助系统开发，包含硬件和云端平台。

  尖叫科技外骨骼机器人为开放式的机械外骨骼平台，通过硬件和软件二者的协作，由环境传感器、人体传感器和动力结构构成的硬件，加上人机交互指令与算法和云端引擎构成的软件，实现了类似人类“植物神经”的独立运行平台，具有身随意动的自动反应能力和承载能力。

  与市场大多产品不同的是尖叫科技不依赖纯编程技术，而是通过AI和深度神经网络学习技术，实现高级人机交互和智能化的外骨骼产品。

  目前，尖叫已经推出推出下肢版和腰部版外骨骼两款产品，即将进入临床和报备，其中下肢版主要是针对下肢助力和康复训练，产品重量10斤左右，续航能力在5天左右，足以满足一般的康复需求和家庭场景的使用。腰部版则针对腰部助力和康复训练。2014年宣布获得3000万元Pre-A轮融资，曾在2014年被OFweek机器人网评为全球外骨骼机器人十强。

  迈步机器人成立于2016年，是一家从外骨骼机器人切入市场的初创企业，帮助下肢运动功能障碍患者重新获得行走能力。

  今年4月份完成使轮融资，由联想创投集团领投。相比于其他外骨骼机器人，迈步机器人的外骨骼最大的优势是采用了柔性驱动器以及和此驱动器相匹配的控制算法，能够给大家提供精确稳定的人机交互控制，极大的提升安全性和舒适性。目前现存的外骨骼机器人产品均采用的是刚性驱动器。

  迈步机器人自去年9月成立以来，短短1年时间便取得重大突破：完成了第三代柔性驱动器和外骨骼机器人、机器人外观设计、机器人系统软硬件集成、与医院达成联系及后续合作、完成天使轮融资、达成与其他公司合作开发机器人项目两个。

  今年11月正式对外发布第一款产品——第三代外骨骼康复机器人BEAR H1，是穿戴式下肢外骨骼机器人，有带动力的6关节，即双腿的髋关节、膝关节和踝关节，目前国内外现存的外骨骼产品大多只有4个关节。BEAR H1采用了新型柔性驱动器，运用了AI技术致力于完善机器人交互问题。

  今年3月，傅利叶智能发布了首款下肢外骨骼机器人Fourier X1，主要面向瘫痪或偏瘫患者，为其提供康复帮助和行走能力。

  目前Fourier X1推出了两个版本，第一个版本主要使用在于医院的康复治疗场景，另一个版本将用于家庭场景，协助康复病人在家中更好的进行下肢行走和康复。

  Fourier X1是首款“具有触觉”的外骨骼机器人，可通过力传感器感知用户的运动轨迹。当患者需要迈步向前时，Fourier X1可以实时提供患者迈步需要的抬腿和向前跨步的力量，帮助有步行功能障碍的用户进行步行训练与辅助行走。

  同时它实现了力反馈技术、建立外骨骼优化步态数据库、模块化电池管理等核心技术，可全面涵盖从软瘫期至康复期的训练需求，并已在全国各大医院康复科成功投入使用。

  傅利叶智能作为唯一的中国企业被邀请参加今年4月在美国凤凰城举办的全球可穿戴机器人技术年会（WearRACon 2017），并作主题演讲。傅利叶智能在国际也受到如此关注，这与Fourier X1这款中国自主研发的外骨骼机器人本身所具备的突破性技术有关。

  瑞士HOCOMA AG公司成立于1996年，作为国际知名的医疗康复机器人公司，具有四款核心康复机器人产品。

  Lokomat：是一款可提供即时反馈与评估的步态训练机器人，对中风、脊髓损伤 、创伤性脑损伤、多发性硬化症等神经系统疾病患者有良好的康复效果。

  目前，Lokomat几乎垄断中国高端康复机器人市场。Armeo：是一款可提供即时反馈与评估的上肢康复机器人，支持从肩膀到手指的完整的运动链治疗，可以依据患者的情况自动提供协助。

  即使是症状严重的患者，也能用此款设备做高强度的早期康复治疗。Erigo：是一款集成的倾斜机器人系统，用于长期卧床病人的早期神经康复训练。Valedo 系列：用于背部疼痛治疗，包括 Valedoshape、Valedomotion 和 Valedo 三款产品，分别用于脊柱评估、诊所治疗和家庭治疗。

  美国 WOODWAY 企业成立于 1975 年，一直专注于研制设计独特、性能卓越、可靠耐用的竞技训练、商业健身及医疗康复专业平台。

  该公司的康复机器人主要两款，LokoHelp：是一款用于康复运动的步态训练机器人，除了能减轻康复治疗师的工作强度外，还能提高康复治疗的效果。

  KineAssist：是一款能够模拟实际生活环境的康复训练机器人，能够给大家提供包括平地走，爬坡，站立平衡，动态平衡等运动疗法。除康复训练机器人外，该公司还有多款康复评定智能设备。

  北京大艾机器人科技有限公司孵化出大艾外骨骼机器人项目，研发团队来自于北航医疗机器人实验室，大艾外骨骼机器人是国内唯一专业医用的外骨骼机器人，唯一顶级脊柱损伤医疗专家支持、为专业康复设计的外骨骼机器人。

  主要有两款核心产品：Ailegs艾动，为双足型下肢外骨骼康复机器人，能为脑损伤、脊髓损伤患者进行康复训练以及提供辅助行走功能。Aiwalker艾康，为移动台架型下肢外骨骼康复机器人，在Ailegs功能基础上，为患者提供准确合理助力、正确步态引导、全方位保护、身体支撑等功能。

  在2017年首届中国高科技成果交易会上，大艾外骨骼康复机器人荣获特别金奖。

  12月，大艾机器人项目荣膺由英国约克公爵安德鲁王子建立的全世界创新孵化平台“龙门创将（）”年度全球总决赛第二名，得到了安德鲁王子及全球150余位国际商界领袖、专家学者和投资机构代表的高度认可。

  近年来，美的收购德国库卡、携手日本安川，可以讲在升级转型的道路上大步向前行进。

  美的于2015年与世界知名四大自动化设备制造商之一安川电机设立合资公司，首先聚焦助老助残机器人、康复护理机器人等商业领域。借助双方合资公司的平台，计划在2019年推出10-15款面向养老康复市场的机器人产品，将面向中国的医疗机构和护理中心等商业客户销售。

  除携手安川电机外，还收购了德国“工业4.0”的典范企业库卡，库卡在汽车工业机器人领域排名全球第一，双方有望联合开发中国机器人市场，并在工业机器人、服务机器人、第三方物流领域创造显著协同效应。

  通过携手安川，收购库卡，美的业务多样性和盈利能力将得到提升，同时为机器人业务核心部件提供技术保障。目前共推出了四款新品，分别是下肢康复训练系统、四肢联动多训练系统、智能护理机和上下肢主被动回转训练系统。

  美的集团还与国家康复辅具研究中心签署了战略合作框架协议，成立了“康复机器人联合实验室”，希望以服务机器人为切入点，与中心在产品研制、人才教育培训、实验室建设、成果转化和学术交流等方面开展长期、全面、稳定的合作。

  安阳神方成立于2010年，公司是参与制定国家上肢康复机器人产品质量标准的唯一一家公司，首家取得上肢康复机器人产品医疗器械注册证。

  主要从事肢体功能康复及评估设备的研制，基本的产品为系列化、单元化的上肢康复机器人和下肢康复机器人，其中上肢康复机器人主要有三自由上肢康复机器人、四自由上肢康复机器人、六自由度上肢康复机器人等9种型号，下肢康复机器人有坐卧式下肢康复机器人，适用对象是脑中风、手术、外伤引起的肢体运动功能障碍患者的康复治疗训练及评估。

  2015年公司引入了第一轮1500万元的投资，2016年继续引进战略合作伙伴，计划五年内在中小板或创业板上市。

  上海璟和技创机器人有限公司推出的Flexbot，主要是针对因脑中风、颅脑损伤、脊髓损伤等疾病引起的下肢运动功能障碍患者，用机器人辅助其进行步态训练，重塑患者大脑运动功能，使患者重新掌握步行运动技能。主要面向医疗机构、康复中心和残联。

  目前已有30多台来自璟和的康复机器人已在全国范围内使用。璟和技创由钱璟集团与章和电气合资成立，钱璟集团为中国康复器械研发、生产及销售领军企业，产品销往2000多家医院。章和电气2000年成立于香港，全球前50的工厂有85%使用章和电气的产品。

  自行研发的产品从大型到微型的滚珠螺杆、线性滑轨、工业机器人等，打破日、德长年垄断的精密机械市场。

  上银科技以“下肢康复训练机”作为跨足医疗用机器人的试金石，定位高端市场。目前已通过台湾 TFDA 认证、欧盟医疗器材 CE 认证、与大陆 CFDA 认证，第1批10台下肢复康复训练机预计今年4月正式在大陆开卖。

  上银“下肢康复训练机”在全球已与多个医学中心合作，在大陆就有10多家医疗机构感兴趣并有意与上银合作，医疗经销体系也布建完成。临床上已超越4000位病人体验过HIWIN下肢康复训练机，具备早期介入治疗能力，能够迅速帮助病人恢复体力与基本之运动控制能力。在使用6周后有超过 85% 病人在平衡感与肌耐力都有明显进步。

  睿瀚医疗目前已经自主研发了三大类手部康复机器人产品：网络化智能自驱式手部康复系统（I代）、可穿戴式手部康复机器人（II代）、脑控手部康复机器人（III代）。

  I代产品是针对C端社区医疗机构，用户戴上设备，每天上午下午各训练一个小时，康复周期为3个月。系统每天会根据训练情况，给出一份训练报告，报告中会展现训练成果、建议等，售价2万。可穿戴式手部康复机器人是针对B端的客户，并由基础的肌肉康复向大脑的神经元康复提升，用手部残存的机电信号去控制康复机械手，售价20万左右。

  III代产品也是针对B端的客户，它结合了虚拟现实技术、脑机接口技术和机器人技术，目的是为了打通手、脑之间的神经通道，售价200万左右。

  在申请医疗器械认证资格之前，睿瀚医疗正在准备临床实验的数据结果，目前II代与III代已经与北京清华长庚医院成立了产学研合作临床研究基地。睿瀚医疗在去年12月已完成众合创投领投、清锐创投跟投的780万天使轮融资，目前正在筹备Pre-A轮，期望融资1200万。

  广州一康成立于2000年，产品大致上可以分为MINATO、运动康复、物理治疗和康复评定四个系列，包括A1-下肢智能反馈训练系统、A2-上肢智能反馈训练系统、A3-步态训练与评估系统、A4-手功能训练与评估等。

  产品最重要的包含上、下肢智能反馈训练系统，通过实时模拟人体手指与手腕运动规律开发而成，具有手指屈肌肌力信号与伸肌肌力信号评估功能，同时既可以训练手，也可以训练腕部。

  外骨骼康复机器人属于高新技术产业，具有高投资、高风险、高的附加价值的特点，并具有部分公共产品的属性，需要政府的引导与扶持。

  工业与信息化部、发展改革委、财政部联合印发 《机器人产业高质量发展规划（2016-2020 年）》，提出了我国机器人产业“十三五”总体发展目标，即形成较为完善的机器人产业体系，要求在2020年，在产业规模上，助老助残、医疗康复等领域实现小批量生产及应用，在技术水平上，医疗健康、家庭服务、反恐防暴、救灾救援、科学研究等领域的服务机器人接近国际水平。

  据统计，2015年60岁及以上人口达2．22亿，占总人口16.15％。预计到2020年，老年人口将达2.48亿，老龄化达17.17％，其中80岁以上老年人口将达3067万人；2025年，六十岁以上人口将达3亿，中国庞大的人口老龄化带来的巨大市场契机，国家政策引导加上庞大市场需求，外骨骼康复机器人将成为刚需。

  通过美国发布的机器人外骨骼系统招标书，能够正常的看到目前制约行业发展的三个难点——结构材料、能源动力、控制系统。

  在结构材料方面一定要使用坚固、轻型材料，才能够有效保护穿戴者；能源动力系统一定要满足24小时标准强度的作业，且便于更换维修；控制管理系统方面要可以在一定程度上完成同步使用者动作，加强使用者的力量并能作跳跃跑步等动作。

  以上三个难点制约了该产业的发展，但难点同时也是创新的突破点，掌握外骨骼康复机器人的核心技术，将占领行业制高点。

  居高不下的成本也是一大难题，外骨骼机器人要达到最佳的效果，一定要采用最合适的材料和最先进的技术，导致其造价昂贵。

  Ekso Bioncs的外骨骼机器人价格达到7万5千至15万美元；Rewalk外骨骼机器人达6万5千至 13万美元；HAL-5 外骨骼机器人为5万美元。目前对外销售的个人用外骨骼机器人平均售价10万美元，相当于脊髓损伤患者5年的定期护理成本，对个人消费者来说，比较昂贵。

  外骨骼机器人昂贵的价格，只有在保险公司补贴的情况下才能被更多患者负担得起。但是目前，愿意提供保险补贴的仍然不多。

  从全球来看医疗机器人产业化和技术突破都正处于甜点期，如达芬奇、Rewalk 等优秀科技公司涌现，而部分国内自动化企业依托于科研院所的合作、引进国外技术等资源，也在积极研发医疗机器人产品，处于产业化前期阶段。

  外骨骼康复机器人作为医疗机器人的重要领域分支，国内尚处于机构用户普及阶段，保守潜在市场空间约180亿，是未来几年投资大机遇，必然成为机器人行业的又一革命阵地。