科幻与现实的交融：动捕技术助力外骨骼机器人研究

2023年一部开年科幻大片《流浪地球2》呈现了不少黑科技，其中一项就是外骨骼机器人，该技术引发了大家瞩目和热议。

近期，新华社发布了一篇题为《现实版“钢铁侠” 这项“黑科技”帮助高位截瘫患者行走自如》的新闻，文中提到一名高位截瘫患者穿戴好外骨骼机器人后，不仅能如正常人一样站起行走，还能完成上下台阶等动作，宛若现实版“钢铁侠”。这一新闻再次引发了人们对外骨骼机器人的关注和热烈讨论。

作为高科技领先企业，青瞳视觉对外骨骼机器人的发展及趋势也进行了关注，并借助动捕优势，积极开展与各院校的合作，其中，与江汉大学智能制造学院的合作就是一个典型的例子，校企携手助力外骨骼机器人的研究。

那么什么是外骨骼机器人，动作捕捉与外骨骼机器人有何联系呢？跟小编一起来了解下。

外骨骼机器人是什么？

外骨骼机器人起源于20世纪60年代，最早是美国军方为增强单兵作战能力所设计的装甲，经过一段时间的发展，被应用到工业及医疗等领域。简单来说，外骨骼机器人，是一种可穿戴的机械结构，也称“可穿戴机器人”，融合动力控制、传感、信息、移动计算为一体，可以对使用者的肢体动作进行辅助或增强。

中国外骨骼机器人研究始于2000年前后，随着机器人技术的飞速发展以及机器人行业市场规模的不断扩大，企业与高校合作研究外骨骼机器人的模式逐渐增加，该行业从研发阶段逐步迈入商业化阶段。

针对不同应用领域，外骨骼机器人可分为军用外骨骼机器人、康复型外骨骼机器人和工商用外骨骼机器人。如果按照结构来划分，可以分为上肢外骨骼机器人、下肢外骨骼机器人、腰部外骨骼机器人和软体外骨骼机器人。

外骨骼机器人能为我们带来什么？

目前，外骨骼机器人主要应用于医疗、工业、军事、民用消费等领域，具体使用场景更是多元化。典型场景包括下肢行走康复训练、手部康复训练、流通搬运、工厂流水线、负重送货、消防应急、徒步勘探等，甚至对于需长时间站立的工作岗位也可使用外骨骼机器人来减轻疲惫。

对于军事领域，利用外骨骼机器人能够显著提高士兵的负重能力和机动性，同时，还可以配备各种战术附件，进一步提升士兵的火力、防护和通讯能力，使部队的综合作战能力得到质的飞跃。

在工业领域，如建筑、物流和采矿等，工作人员需要面对复杂和繁重的体力劳动。外骨骼机器人可以帮助人们提高负重能力，减少疲劳，从而更加高效地进行作业。有利于改善劳动者的工作条件，减少职业病的发生。

而针对医疗领域，外骨骼机器人对于残疾人和伤病康复者具有重要意义。通过外骨骼机器人辅助行走和康复训练，可以让伤病患者重新获得行动能力，提高生活质量。

此外，随着人口老龄化和劳动力短缺问题的日益突出，外骨骼机器人可以成为解决方案之一。

动捕技术赋能下的外骨骼机器人

对于外骨骼机器人的发展，需要在多个方面进行深入研究和探索，更需要多方合力共同努力，推动外骨骼机器人的发展进程，使更多设想成为现实。其中，动捕技术在外骨骼机器人的研发中发挥着重要作用。

外骨骼机器人的核心理念在于通过机械增强来提升人体的物理能力，实现减负增效的目标。然而，要确保机器人能够无缝地与人体集成，并精确地响应使用者的动作意图，顺利的融入人们的日常工作、生活中，就需要对人体运动进行极其细致和准确的分析。在这方面，动作捕捉技术自然是当仁不让。

动捕捕捉技术可广泛应用于人体动作分析捕捉上，包括姿态分析、运动路径分析、步态分析以及行为分析。通过使用动作捕捉技术，可以精确地获取人体运动数据，并对其进行详细的分析，以了解人体的运动特点和规律。为外骨骼机器人的研究提供更加准确、贴切的数据支撑。不仅如此，这些数据还有助于我们理解人体在运动中的力学特性和生物力学原理，从而指导外骨骼机器人的结构设计，优化外骨骼机器人的控制策略，使其更加符合人体工学和舒适性要求。

以青瞳视觉与江汉大学智能制造学院的合作为例，基于下肢外骨骼机器人的控制研究，学院借助青瞳视觉三维动作捕捉系统，开展了多种典型运动场景下的人体下肢关节运动特征采集实验，包括关节角度、速度、加速度等重要参数，用来优化外骨骼机器人的运动控制策略，帮助控制外骨骼机器人的动作，使其更贴合人体运动特征，为下肢外骨骼机器人的仿真控制优化提供了有力支持。

青瞳视觉动捕服演示

青瞳视觉动捕软件画面

此外，动作捕捉技术的应用还不仅限于此。在未来的外骨骼机器人研发中，还将被用于评估机器人的性能、改进人机交互界面以及开发新的应用场景。例如，在康复训练领域，通过精确捕捉和分析患者的运动数据，外骨骼机器人可以被设计来提供更个性化的康复治疗方案。

协同发展，驱动未来

随着社会发展需求的增长，科技的不断进步，以及政府政策的支持，动捕技术与外骨骼机器人的交互发展前景广阔。

动作捕捉技术作为前沿技术，依托高精度、强实时性、广泛应用场景等特点，备受各行业青睐。根据有关研究机构数据，全球光学动作捕捉市场规模从2016年的10亿美元增长到2023年的30亿美元，年复合增长率达到14.9%。随着光学动作捕捉技术的不断发展和应用领域的不断扩展，光学动作捕捉市场将继续保持快速增长。

根据国际研究机构ABI的数据，外骨骼将在近十年时间实现快速增长，2028年之前有望实现全球性规模化增长。2020年至2030年，外骨骼机器人产业预估CAGR(复合年均增长率)为33%。其中，2025年至2028年为高速增长阶段，预估3年CAGR为47.7%，2028年全球市场规模将达58亿美元。至2030年，产业将趋于成熟，市场稳步增长，全球市场规模将达68亿美元。

基于广阔的市场前景，动捕技术的发展将更具成熟化，体系更加完善化，进而为高速发展的骨骼机器人研究提供更加有力的支持。同时，外骨骼机器人的发展也将形成有力的反向推力，使动捕精度、稳定性等性能得以提升，促进动捕行业的发展。展望未来，青瞳视觉动捕系统将持续为外骨骼机器人的发展助力，也期待外骨骼机器人的发展升级能为我们带来更多惊喜，创造更多社会价值！