一位在京东做了几年的快递小哥，由于长时间搬运重物，腰部受到了不可逆的损害，这辈子再也不能做重活，只能回老家开了个杂货店。
这样的例子屡见不鲜。不止是物流快递行业，凡需要人付出重体力劳作的工种，如建筑、救援、国防等，都会给从业者造成极大的肌体磨损，再叠加肉身搬运劳作效率有限的因素，在这些行业，已经有公司开始试水用技术来给人助力。
据外骨骼助力机器人领域创业公司铁甲钢拳科技的创始人王潮介绍，为减轻重体力劳动者的负担，京东向铁甲钢拳科技开了物流仓的权限，铁甲钢拳去实地调研、参观、测试。通过半年多的调试，优化了其外骨骼产品，用以保护了工人的腰部，也同时提高了工人们的工作效率。
京东物流员工使用的外骨骼助力产品
听起来这是个应用场景颇为广泛的技术，不过究竟这种外骨骼机器人是怎么实现给体力劳动者的助力的，应用情况如何，落地中会遇到哪些问题，又有多值得我们期待？
来看今天的这篇文章。
《前沿技术情报所》将用两篇文章来详解这门技术。本文是上篇，主要介绍外骨骼机器人是怎么实现助力的；在下篇中，我们会从行业和商业的视角，重点聊聊当前的应用情况与落地的难点。
通过外骨骼技术实现人体增强
在漫威世界里，绿巨人浩克可以举起一座山脉，钢铁侠穿上盔甲后也是力大无穷，这都寄托了人类通过技术来实现更强大的身体力量的向往。
人类一直在致力于通过技术来增强人本身的能力，衍生出了人体增强技术，通过药物、器械等手段，让人的体能、智能、技能等超出正常范围，让人具备更大的能力。《前沿技术情报所》此前报道过的脑机接口，也是人体增强技术的一种。除了脑机接口，还有视网膜植入、人工耳蜗、生物芯片、神经药物等，以及今天我们要聊聊的外骨骼机器人。
外骨骼机器人实际上就是将可以增强人力量的设备穿戴在人的身上，像人体外的骨头一样提供力量。外骨骼技术在上世纪60年代就开始出现，一直在军事领域应用，以强化士兵的负重能力、战斗能力。此后在工业、医疗等领域开始了民用进程。
外骨骼机器人现在有两种应用方向，一种是我们刚刚写过的康复机器人，另一种是助力机器人，穿戴在人的身上，使人的力量增加。
助力外骨骼机器人的军用进程已经持续了很多年，到现在各国都还在致力于开发力量更大、更轻便、作业时间更长的外骨骼产品。
在美国，擅长造战斗机的洛克希德马丁为美军研发了最高可负重90kg的外骨骼系统ONYX，雷神公司也推出了外骨骼系统XOS2，可用于帮助士兵为战机挂弹。
洛克希德马丁的外骨骼产品
在国内，南京军区南京总医院博士后工作站在2013年就研发了一种单兵外骨骼系统，帮助战士增强负重能力；
南京军区总医院博士后工作站的外骨骼产品
中国兵器工业集团公司也研制出了穿戴式外骨骼助力机器人，采用电机驱动的形式，提供30kg的助力，主要用于提高战士的负重能力。
兵工集团的助力机器人
在军事领域，无论是国内还是国外，外骨骼机器人都还没到大规模应用的阶段，技术与产品都还在磨合、迭代过程中。系统笨重灵活性不足、电池供电时间有限、造价高等因素都阻碍了外骨骼产品的推广。
助力外骨骼机器人的民用化也在很早期的阶段，当前已经有几家公司开始获得融资，比如今年2月底，傲鲨智能完成了由明势资本领投、险峰长青跟投的数百万元联合天使轮投资。8月底，铁甲钢拳科技宣布完成千万元级 Pre-A轮融资，由物种起源领投，远望资本及迅雷创始人程浩个人跟投。
不过总体来看，行业里获投项目还很少，即使是获得融资的公司，也都还在产品研发改进并交付客户试用的阶段，还没有实现大规模商用。
用这样的产品帮人干体力活，在技术上怎么实现，突破难点是什么？让我们接着往下看。
外骨骼怎么就能帮人负重？
先来看看市面上的主要产品——
傲鲨智能有上肢外骨骼机器人、下肢外骨骼机器人产品，正在研发腰部助力机器人，主要的应用场景是汽车制造、空港地面服务、3C制造、工厂物流领域；
迈步机器人有一款腰部助力机器人，采用机械弹簧助力，自重不到4kg，官方资料称可提供10-15kg助力，可用于建筑施工、工厂移物、物流搬运、抢险抗灾；
铁甲钢拳科技推出了一款腰部助力外骨骼机器人，自重5.6kg，电力驱动，官方资料称可提供30kg的助力。
迈步机器人的产品
德邦物流工人使用铁甲钢拳科技的腰部外骨骼机器人产品
其实这看起来不过就是一套机械设备，他们都是通过什么原理帮助人搬东西的？这里面核心有两点：第一是产品要有动力，能产生力帮人搬东西；第二是要有感知，跟人有交互，知道人哪里需要发力，需要多大的力。
助力机器人无论是外形，还是基本构造，都跟我们之前介绍过的康复外骨骼机器人非常像，有控制系统、执行系统、传感系统、动力系统（包括电源、气动等）和结构本体等。其核心是传感系统与动力系统，传感系统去感知人要做的动作以及需要的力量，动力系统则提供助力。
助力机器人的动力一般有电压、气压等。电气驱动好理解，以电力为驱动的机器人，这个力源自于电机，电机作为动力模块输出功率，通过机械系统传导给佩戴助力机器人的劳动者。气压驱动的机器人，以空气压缩机提供的压缩空气为助力，把压缩空气存在储气罐里，当使用时，通过油雾器、换向阀等环节，将压缩空气导入气缸，推动活塞、气动肌肉等设备运动。
相对来说，气压驱动不用设计动力装备，通过工厂的空气压缩机站来供气，结构简单，更方便，质量轻，结构简单，但对力的精准控制难度大，往往只能在额定的最大值和最小值两端，较难提供中间阶段的助力。当然也可以通过一些精密设备如压力比例阀等来实现更精准的力量控制，但成本必可避免地变高；另外气压驱动的噪音也更高。
电机驱动可以实现精准控制，但电机结构复杂，研发难度更大，成本更高。尤其是要实现更大的力，电机的体积与重量往往更大。重量更大的话，佩戴起来肯定不舒适。
核心的零部件，在电气驱动模式下，主要是电机、监测器、控制器、减速器、传感器、骨架、穿戴套装；在气压模式下，主要不同之处是有了气动肌肉。气动肌肉是一种挺有意思的设备，简单来说，气动肌肉外面是一层抗拉的网罩，中间是气囊，当需要拉力时，压缩空气进入气囊，膨胀后带动网罩横向变现，形成拉力。
气动肌肉
通过电机或者气动肌肉，机器可以产生力，而这力是怎么传导给人、帮人搬东西呢？
铁甲钢拳科技创始人王潮对虎嗅Pro表示，传导的过程好比把人绑在挖掘机的机械臂上，机械臂动起来的时候，人也跟着动。外骨骼机器人可以看做是小一点的挖掘机机械臂，人的上肢、下肢或者腰部在外骨骼里面，电机的功率使得机械产生上下反复运动的力量，带动着人的肢体动起来，给人以助力。
力量的大小取决于电机或者气动肌肉的功率，就好比一辆汽车，性能的关键在发动机。目前来看，业界的产品主要提供10-30kg的助力。这是体力劳动者在工作中主要的负重范围。相对来说更有商业价值，比如物流、制造业等领域，工人的负重大多在这个范围内。
能够提供力量只是一方面，助力机器人还有一个重要的任务，即感知。用户什么时候需要助力，需要多大的力，机器人要感应到，计算出结果，再做出反应。感应这块主要是靠传感器，以及反馈算法。这跟我们刚刚报道过的康复机器人是一个道理。
当下的产品还不算复杂，王潮也坦言，本身这东西也没有多难。他表示，铁甲钢拳的腰部助力机器人安装了3个传感器，实现感知的协同就够用了。全身的外骨骼机器人会更复杂，大概会有46个传感器。
感应系统其实非常重要，因为如果机器不能理解用户的需要，直来直去地去提供力作用在用户身上，更像是一股蛮力，用户会非常不舒服。
王潮表示，通过感应系统，机器人输出的是柔性力，不是那么强硬，而是根据用户的运动去配合着人来动。这样就达到一种效果，你想要的力量大，它就会给你力量大，你想要力量小，它会给你力量小，这会从用户的身体信号、收集的信息上面去感知。
会收集哪些信息？王潮表示，一般来说包括人的肌电信号、脑电信号、压杆、速度，加速度等，都可能被收集用来感知。
在算法与算力方面，王潮表示，算力主要是在设备上安装了一个小芯片来解决。算力不用很大，也不用放在云端，因为算法做得比较精简，不做预设算法，没有上来有一个预设的数据包，而是从使用者身上现采集，每个人使用的习惯都不一样，让机器去适应每个用户的习惯。
这里面主要是一套自适应算法，可以根据用户每个人的运动习惯，就适应各自的运动习惯，比如有些人弯腰比较快，有人弯一半就不想弯了，有些人弯腰起身之后，起到90度就不再起，有人会起到80度，这些都可以通过穿戴5—10分钟后去适应。
实现这样的效果，除了传感器与算法，还有一项核心的零部件就是减速器。助力机器人和工业机器人一样，是要做重复的动作，去完成相同的工序。这就需要有良好的定位精度，使得助力器械到了某个位置就精准地停下来。这对于助力设备的安全性、舒适性非常重要。减速器起到的就是这种作用，通过齿轮传动、蜗杆传动等，匹配转速，传递转矩，把终端的助力装置控制在合适的速度。
本文是助力机器人文章的上篇，主要讲这种产品在技术上是怎么实现的。在下一篇中，我们将介绍一下这个产品目前的落地情况，以及落地过程中存在的问题，欢迎读者朋友继续关注，也希望您在评论区写下您对这种产品的看法。
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