中小盘策略专题：外骨骼机器人需求星辰大海，关注产业链投资机会

外骨骼机器人迈向成熟化，能够解决下游诸多领域痛点，产业前景广阔 外骨骼机器人是一种结合外骨骼结构与机器人技术的可穿戴智能设备，通过机械结构、驱动系统与人体运动系统耦合，实现对肢体运动的辅助、增强或康复训练。 商业化早期主要应用于医疗康复和军工，后续拓展至工业和民用领域。无源外骨骼结构相对简单，完全依赖机械结构和材料特性提供助力，未来向轻量化和机械设计优化的方向发展。有源外骨骼集成了精密的传感器、控制系统和动力装置，可以根据不同的任务和场景通过软件编程等方式灵活调整助力模式和力度大小，能够适应多种复杂的动作和运动状态，但售价昂贵，未来向AI融合、能源突破、柔心/轻量化驱动的方向发展。外骨骼商业模式呈现“场景分化、技术支撑、生态协同”特征，预计2030年全球市场规模达146.7亿美元，年复合增长率达42.2%。 有源外骨骼可分为机械/驱动/传感/控制/能源五大模块 有源外骨骼通用的结构可分为机械系统、驱动系统、传感系统、控制系统、能源系统五大模块，需结合具体的应用场景进行个性化设计。其工作原理的核心是通过“感知-处理-驱动-反馈”闭环系统，实现对人体运动意图的实时捕捉、智能处理及机械助力输出，最终达成人机协同运动。机械系统方面，其设计需严格遵循仿生学原理与人体工程学准则，确保与人体运动结构高度适配，具体包括关节结构、框架与连杆、传动装置以及绑缚与支撑；驱动系统方面，多采用电动机驱动系统，通过电机搭配行星/谐波减速器实现，部分场景会用到丝杠；传感系统方面，其核心作用是人机交互桥梁、环境感知中枢、状态监测，具体可以包括关节角度传感器、足底压力传感器、惯性测量单元IMU、生理电信息采集系统等； 控制系统对采集到的信号处理成电信号正确并按照期望传递到驱动上；能源系统方面，需兼顾能量密度、轻量化、安全性及续航需求，涉及能源类型选择、供能方案设计、能量管理技术等关键环节。 有源外骨骼具有较高的技术壁垒，体现在步态检测技术、人机协同等方面 有源外骨骼机器人的技术壁垒包括结构设计、绑带设计、电源续航、步态检测技术、人机协同行走控制等。其中步态检测和人机协同是核心难点。步态检测的准确性及可靠性是控制的前提和基础。目前步态检测的传感器技术能够归纳为足底感知技术、肢体感知技术、混合感知技术三种。人机协同行走控制是外骨骼机器人系统最为关键的技术，本质是外骨骼伴随人体运动时人机间作用力最小。控制系统的设计会直接影响驱动效果和人机交互性。 受益标的 外骨骼机器人的受益标的有两条主线：（1）上游硬件端。受益标的美股股份（关节减速器）、宏昌科技（关节减速器）、华依科技（IMU）；（2）中游产品端。受益标的振江股份、探路者。 风险提示：宏观经济波动、下游需求不及预期、产品开发不及预期的风险。 1、2025年或为外骨骼机器人需求高企元年 外骨骼机器人是一种结合外骨骼结构与机器人技术的可穿戴智能设备，通过机械结构、驱动系统与人体运动系统耦合，实现对肢体运动的辅助、增强或康复训练。 广义上来看，外骨骼助力机器人是指任何能够根据实际需求对人体运动进行辅助或者主动助力的人机一体化机器设备。狭义上来说，是指穿戴在人身上，通过机载计算机系统对传感系统传来的人体运动信息进行运算推理，进而完成外骨骼各驱动关节控制的人机一体化机器设备。从分类上来看，按照驱动关节的个数可以划分为单关节和多关节机器人，按照是否有外部能源可以划分为有源和无源外骨骼机器人。 单关节外骨骼助力机器人很容易区分，即髋、膝、踝外骨骼助力机器人系统；多关节外骨骼助力机器人与其相比具有更好的助力效果和能力，在结构设计、驱动方式、步态感知、控制策略及能源配置等问题上更加复杂。无源外骨骼不使用电源，完全依赖机械结构与材料特性提供支撑力。例如利用弹簧、杠杆、气动或碳纤维等材料在形变时储存能量，并在恢复形状时释放能量。有源外骨骼需要装配电池等电源，内置主动动力源，如高性能电机等，能够主动产生能量来辅助人体运动。 图1：广义的外骨骼机器人是对人体运动进行辅助或者主动助力的一体化机械设备 表1：外骨骼机器人按照动力来源可分为无源和有源外骨骼 图2：外骨骼机器人按照应用领域可分为军用/工业用/康复用 外骨骼机器人商业化早期主要应用于医疗康复和军工，后续拓展至工业和民用领域。外骨骼机器人早期在军用领域有深度的应用。外骨骼机器人起源于上世纪的军用领域，美国军方率先展开研究，目的是提升士兵的作战能力。2000年美国国防高级研究计划局制定“增强人体机能的外骨骼”项目计划，正式将动力外骨骼的研发纳入军队未来装备发展重点方向。典型的军用外骨骼产品包括HULC和傲鲨智能研发的HEMS-L。HULC采用钛合金为主要材料，使用皮带捆绑作为人机结合方式，自重24kg，最大负重91kg，搭载锂离子电池为动力源，在电池满电时可保证穿戴者以4.8km/h的速度行进1h，采用髋膝—踝关节液压驱动方式。外骨骼机器人在康复医疗领域有重要应用。下肢外骨骼机器人能够替代康复医师来完成对病人的康复训练，并且对于外骨骼机器人的步态规划可以根据不同病人的具体情况进行不同设定，以求对病人的康复治疗达到最好的治疗效果。在利用外骨骼机器人对病人进行康复训练的同时，利用外骨骼机器人的传感器对病人的肌电信号，步态轨迹，生物力学等相关数据进行采集与分析，可以对病人的病情进行更加精确的分析，加深对于下肢疾病患者的病理性分析与相应诊疗方案。外骨骼机器人向工业和民用消费领域拓展。 以汽车工业为例，目前的末端汽车总装线工位依旧无法被自动化设备所取代，这些工位作业对工人的肩部和腰部骨骼关节带来极大损伤，外骨骼机器人可以大幅度增强人类的上肢力量、降低劳动强度、提高整体作业效率 图3：外骨骼机器人的应用场景包括康养、工业、民用消费和军工等 图4：国外负重外骨骼助力机器人的设计形形色色 图5：外骨骼机器人的历史发展进程 无源外骨骼结构相对简单，完全依赖机械结构和材料特性提供助力，例如碳纤维弹簧储能、杠杆原理或气动装置。无源外骨骼不使用电源，利用弹簧、杠杆、气动或碳纤维等材料在形变时储存能量，并在恢复形状时释放能量。无源外骨骼主要由机械支架、无动力弹性元件及连接件构成，分别对应于人体骨骼肌中的骨骼、肌肉和肌腱，是仿生学、动力学和机械工程的结合。由于质量重会导致运动不协调及能量消耗多，因此要保证外骨骼结构紧凑、材料的强度高密度低，满足轻量化的使用要求。目前无动力外骨骼中常采用流体弹簧、涡卷弹簧、形状记忆合金、弹性软体材料等。无源外骨骼的工作原理是利用人体运动中被动消耗的能量。运动中被动消耗的能量，通过适当地力传递与能量储存，并在运动中需要人体肌肉做出正功的时候释放这些能量、输出助力，就能减轻人体肌肉负荷，从而省力。以程天科技易行无源外骨骼产品EasyGo为例，其将产品价格从万元级降至2500元，采用碳纤维增强尼龙复合材料，整机重量不到2.5公斤。这类产品主要面向C端市场，如景区租赁或家庭康复。无源外骨骼的创新方向集中在材料轻量化和机械设计优化。 图6：无源外骨骼机器人的整体结构 图7：典型的无源外骨骼 有源外骨骼需要软硬件、传感器配合和合理的结构组合，结构较为复杂，售价高昂。有源外骨骼集成了精密的传感器、控制系统和动力装置。传感器能实时感知人体运动意图，控制系统根据传感器反馈的数据，实时调整动力装置输出的力量，精确匹配穿戴者的动作需求，提供恰到好处的辅助力量，在增强平衡性与稳定性方面表现出色。可以根据不同的任务和场景，通过软件编程等方式灵活调整助力模式和力度大小，从而适应多种复杂的动作和运动状态，因此有源外骨骼下游应用的场景更加丰富，包括工业制造、康复医疗、军工等。有源外骨骼通常采用高强度、轻质化的材料来减轻整体重量，同时确保足够的刚性和耐用性。由于有源外骨骼结构复杂、技术壁垒较高，因此制造成本高昂，通常售价在万元以上。例如，肯綮科技的登山外骨骼机器人内置自研无刷电机，通过AI算法感知用户运动意图，最高可降低30%登山体能消耗，续航达4-6小时。其核心技术包括多传感器融合（如肌电、压力、加速度传感器）和自适应控制算法。有源外骨骼未来的发展方向包括AI融合、能源突破、柔心/轻量化驱动。 有源外骨骼机器人的工作原理核心是通过“感知-处理-驱动-反馈”闭环系统，实现对人体运动意图的实时捕捉、智能处理及机械助力输出，最终达成人机协同运动。感知层不仅包含环境感知，更依赖肌电/脑电信号、关节接触力等生物信号实时捕捉人体运动意图；处理层需通过AI算法融合生物力学与动力学数据，解决人机运动的强耦合问题（如动态平衡控制、步态规划）；驱动层采用轻量化仿生结构（如碳纤维关节、柔性驱动）适配人体运动轨迹（重量通常＜15kg）；反馈层构建针对人体安全的冗余机制（如毫秒级急停、跌倒预判），通过生物信号与力反馈动态调整助力输出。 图8：有源外骨骼机器人功能的实现依赖于传感器、驱动、执行器等的协调 有源外骨骼机器人需要结合具体的应用场景进行个性化设计。对于医疗康复场景，由于患者腿脚运动受限，需要辅助行走，因此外骨骼需要带着人行走；对于军工场景，士兵需要外骨骼来帮助背负负重，则外骨骼主要起到助力的作用；对于工业制造的应用场景，外骨骼需要针对特定生产环节附加姿态锁定功能，帮助工人以持久的状态维持特定的工作姿态。有源外骨骼机器人通用的结构可分为机械系统、驱动系统、传感系统、控制系统、能源系统五大模块。机械系统是外骨骼机器人的物理载体，采用仿生设计实现与人体运动的精准适配；驱动系统是动力核心；传感系统是人机交互的“神经末梢”，通过多模态传感器实时捕捉运动意图与状态：控制系统是智能决策中枢，依托嵌入式CPU与专用算法实现分层控制。 （1）机械系统 外骨骼机器人的机械系统是实现人机协同运动的物理基础，其设计需严格遵循仿生学原理与人体工程学准则，确保与人体运动结构高度适配，同时满足不同场景（医疗康复、工业助力、军事负重）的功能需求。在仿生设计层面，机械系统以人体关节运动学为蓝本，精准复刻关节自由度——如下肢外骨骼通常配置髋关节3自由度（屈伸±130°、收展±45°、旋转±50°）、膝关节1自由度（屈伸±130°）及踝关节3自由度（背屈/跖屈±20°、内翻/外翻±15°），通过D-H坐标系建模优化关节布局（如北京工业大学外骨骼膝关节同轴误差＜2mm），确保运动轨迹与人体完全同步，减少人机干涉风险。材料选择上，医疗康复型多采用碳纤维（密度 1.7g/cm ³，强度3000MPa+）与钛合金构建轻量化框架（整机重量18-25kg），搭配可伸缩连杆（调节范围± 10cm ）和弹性绑缚装置（如Indego外骨骼的压力传感绑带，自动适配155- 190cm 身高），实现穿戴舒适性与运动灵活性的平衡；工业军事型则强化结构强度，采用高强度钛合金（强度重量比＞25）与液压驱动连杆，负载比可达1:2（如BLEEX外骨骼负重45kg，自身重量22kg），满足重载环境下的抗冲击需求。 图9：负重外骨骼机器人通过机械系统达到传递重量目的 表2：外骨骼机器人机械系统构成 （2）驱动系统 目前常用的外骨骼驱动方式有电动机、液压、气压三种，以电机驱动为主。随着同步电动机、伺服电动机以及减速器的发展，复杂模块简单化，电动机驱动系统的功率质量比也在逐渐提高，因此外骨骼多采用电动机驱动系统。如EksoBionics外骨骼采用高性能无刷电动机配合行星减速器与蜗轮蜗杆减速器二级减速；ReWalk外骨骼采用高性能无刷电动机配合行星减速器与正交锥齿轮减速器二级减速； HAL-5外骨骼采用盘式电动机组合谐波减速器一级减速。 电机是装配在关节处直接提供关节力矩的设备，其主要可分为伺服电机、步进电机。伺服电机（医疗级首选）采用稀土永磁材料（如钕铁硼），功率密度达3kW/kg，扭矩范围10-50N·m，配合行星齿轮减速器（传动效率90%+）实现角度控制精度±0.1°。步进电机（工业辅助场景）成本低、抗干扰性强。对于部分应用场景可能会在关节处用到滚柱丝杆。直流伺服电机先通过减速器降低转速、增大力矩，然后通过联轴器将