20150910-华泰证券-机械设备_未来机器_系列深度之三-智能工具和人体骨骼_泛机器人应用的新领域_17页_1mb

机械骨骼行业研究报告总结

行业评级

• 机械设备：增持（维持）
• 通用机械II：增持（维持）

投资要点

• 国际巨头布局：Google、软银、阿里、富士康等国际企业正大举进入机器人、无人机等智能硬件领域，预示着“新硬件时代”的到来。
• 机械骨骼作为智能工具突破：机械骨骼是智能工具的代表，是一种可穿戴机器，能增强人体能力，别名“人力放大器”。
• 应用领域广泛：包括军事、医疗、工业等多个领域，其中军事应用率先发力，医疗市场潜力巨大。
• 技术挑战：机械骨骼技术尚处于研发阶段，未来研究方向集中在人造肌肉纤维、控制系统、机械结构设计、能量源和促动技术。

机械骨骼发展概况

1.1 智能工具的突破

• 机械骨骼是一种通过人造方式达到骨骼特性的辅助器械，能够增强人体力量、速度和灵活性。
• 初期概念来源于生物学，模仿昆虫的外骨骼结构。

1.2 机械外骨骼的发展历程

• 20世纪60年代：通用电气公司研制“哈迪曼1”，采用液压电机驱动。
• 20世纪70年代：MIT研究“增强人体机能的机械骨骼”，改善负重问题。
• 20世纪90年代：日本神纳川理工学院开发“动力辅助服”，使用肌肉压力传感器。
• 2000年DARPA计划：推动外骨骼系统发展，提出四大目标：增大力量、提高速度、跳得更高和更远、修复重型设备。
• 2010年：洛克希德马丁推出HULC，日本推出HAL，伯克利推出eLEGS。
• 2014年：DARPA与哈佛大学合作开发Soft Exosuit。

机械骨骼应用

2.1 军事应用率先发力

• TALOS（美国）：战术突袭轻甲，可提供动力盔甲，强化士兵力量和环境感知能力。
• 勇士-21（俄罗斯）：第二代外骨骼作战服，承担95%的货物负荷，可快速移动。
• 大力神（法国）：自动探测肢体运动，提供支持，可携带100千克重物行进20公里。
• 中国：中国兵器集团202所研制的单兵作战机械骨骼，可背负35公斤，行进20公里。

2.2 医疗应用市场空间巨大

• ReWalk：唯一获得FDA批准的机械骨骼产品，可帮助瘫痪患者站立和行走。
• REX：能站立的轮椅替代品，适用于上肢功能正常者，提供站立、转身、行走等功能。
• 医疗市场：美国市场约500亿美元，脊髓损伤、中风、脑瘫等患者是主要用户。

2.3 工业应用探索阶段

• 应用场景：工程施工、紧急救助、生产制造、搬运输送、危险工作等。
• 实际应用案例：
  • HULC用于普吉特海湾海军造船厂打磨测试，提高效率。
  • HAL用于福岛核电站救助现场。

机械骨骼技术透析

重中之重——传感器

• 传感器是机械骨骼的核心零部件，分为输入系统和输出系统。
• 输入系统：角辨向器、肌电传感器、地面传感器、肌肉压力传感器等。
• 输出系统：液压系统、气压系统等。

五大研究挑战方向

1. 人造肌肉纤维：利用电压变化实现收缩和伸张，替代液压系统。
2. 控制系统：系统内控制是未来趋势，可实现更精确、自然的运动。
3. 机械结构设计：需考虑安全性、兼容性和舒适性。
4. 能量源：需解决能量供应问题，目前电池技术是主要瓶颈。
5. 促动：需实现顺畅移动，促动器需安静高效。

结论

• 机械骨骼技术正处于从实验室走向实际应用的初期阶段。
• 未来在军事、医疗和工业领域将有广泛的应用前景。
• 技术瓶颈如能量供应、控制系统、材料科学等仍需突破。
• 中国在该领域已有初步布局，但与国际先进水平仍有差距。