基于电磁驱动的便携式动力辅助外骨骼研究
外骨骼助力机器人研究现状及应用领域展望
外骨骼助力机器人研究现状及应用领域展望摘要：总结性的介绍了当前外骨骼助力机器人的研究和发展现状，对典型的外骨骼助力机器人进行了结构和性能等的分析，并结合当前探讨了该装置在未来的应用前景，展望了未来的人体外骨骼助力机器人能达到的科技水平。
关键词：外骨骼机器人助力1 现状人体外骨骼助力机器人起源于美国1966年的哈德曼助力机器人的设想及研发，到今天整体仍处于研发阶段，能源供给装置以及高度符合人体动作敏捷及准确程度要求的控制系统和力的传递装置都有待大力投入研发和试验尝试[1]。
以下是近些年有代表性的研究成果。
1.1 日本外骨骼机器人HAL3 它由筑波大学研发，功能为：帮助人行走、起立、坐下等下肢动作的动力辅助机器“机器人套装（Robot suit）”HAL（Habrid Assist Legs），该机器人主要由无线LAN（局域网）系统、电池组、电机及减速器、传感器（地板反应力传感器、表面肌电传感器、角度传感器）、执行机构等组成，总重约17千克，设备较重，动力传动采用电机-减速器-外骨骼机构的方法。
能够根据人体的动作意愿自动调整装置的助力大小。
市场规划：将主要面向高龄护理、残疾人辅助、消防及警察等危险作业的用途，并且加强运动娱乐用途市场的开发力度，将针对各种用途进行HAL的设计生产[2]。
具体产品可见以下链接网址：/show/hkJUlIx1wbzsJMYV.html1.2 以色列：“外骨骼”助力装置ReWalk 埃尔格医学技术公司研发的“ReWalk”用一副拐杖帮助维持身体平衡，由电动腿部支架、身体感应器和一个背包组成，背包内有一个计算机控制盒以及可再充电的蓄电池。
使用者可以用遥控腰带选定某种设置，如站、坐、走、爬等，然后向前倾，激活身体感应器，使机械腿处于运动之中。
主要用来助瘫痪者恢复行走能力[3]。
动力传动采用电机-减速器-外骨骼机构的方法，运动模式主要是装置带动人体动作，装置的助力大小由控制系统设定，不能跟随人的动作意愿而随时改变。
轻便型助行外骨骼机器人研制与步态生成方法
轻便型助行外骨骼机器人研制与步态生成方法汇报人：2023-12-19•引言•轻便型助行外骨骼机器人系统设计目录•步态生成方法研究•轻便型助行外骨骼机器人实验研究•总结与展望01引言人口老龄化随着社会老龄化趋势加剧，行动不便的老年人口数量逐渐增多，对辅助行走工具的需求增加。
康复医学需求存在肢体运动功能障碍的患者需要辅助行走装置帮助恢复行走能力，提高生活质量。
技术发展趋势机械外骨骼作为新一代辅助行走工具，具有便携、轻便、适应性强等优点，逐渐受到关注。
研究背景与意义国内外研究现状及发展趋势国外研究以美国、日本等国家为代表，技术起步早，研发实力强，拥有多项核心技术专利。
国内研究近年来国内企业及科研院所开始关注外骨骼机器人技术，逐渐涌现出一批优秀的研究成果。
发展趋势随着人工智能、传感器等技术的不断发展，外骨骼机器人在智能化、适应性、舒适性等方面有更大的发展空间。
研究目标：针对轻便型助行外骨骼机器人的研制，研究一种适应不同用户需求的步态生成方法，提高机器人的行走稳定性和舒适性。
主要内容轻便型助行外骨骼机器人结构设计：基于人体工学和机械设计原理，设计一种轻便、舒适、可靠的外骨骼结构。
步态生成算法研究：分析人体行走步态规律，建立数学模型，研究一种自适应于不同用户的步态生成算法。
控制系统设计：根据机器人的运动需求，设计一种高效、稳定的控制系统，实现机器人与用户的协同行走。
实验验证与优化：通过实验验证外骨骼机器人的性能和舒适性，根据实验结果对外骨骼结构和步态生成算法进行优化。
研究目标与主要内容02轻便型助行外骨骼机器人系统设计人体工学设计根据人体工学原理，优化机器人结构，提高穿戴舒适度和安全性。
关节设计与运动范围合理设计机器人的关节，确保足够的运动范围和灵活性，适应不同人群的行走需求。
结构轻量化采用高强度材料和结构设计，降低机器人整体重量，提高便携性。
机器人结构设计与优化控制系统设计及实现控制系统架构采用分布式控制系统架构，实现机器人各部分协同工作。
基于人体外骨骼便携按摩助力装备
基于人体外骨骼便携按摩助力装备作者：陈新全应捷来源：《科学导报·科学工程与电力》2019年第40期【摘; 要】随着社会的发展，越来越多的子女选择离开家乡和父母。
导致了社会上越来越多的空巢老人问题，而随着年龄增加，这些老人行动时愈发困难。
为了解决老人们由于行动不便带来的种种问题，本项目根据人体基本构造原理，设计了帮助老人更好地走路、运动的“外骨骼按摩助力装置”。
在为老年人助力行走的同时起到辅助按摩的效果。
本作品根据单片机自动控制技术和机械设计原理，设计基于人体外骨骼便携助力按摩装备。
该装置是针对在当前社会背景中暴露出的问题设计的一款辅助行动不便老年人行走，缓解其身体压力的按摩助力仪器。
主要功能：①辅助老年人正常行走，上坡、爬楼等日常活动。
②对老年人背部按摩，缓解身体疲劳。
【关键词】外骨骼;髋关节助力;按摩一、引言自2020年起，中国进入了小康时代，但与此而来的是越来越多的老龄化人口。
根据《2019-2025中国人口老龄化市场研究及发展趋势研究报告》的调查，目前我國已进入老龄化阶段，2020年我国65岁及以上老年人口比例达11.70%，即将步入深度老龄化，预计2040年我国65岁及以上老年人口比例超过20%，进入超老龄化社会。
同时也伴随着一系列的社会问题，其中老年人的行动困难，无人帮助就是其中之一。
调查目前市场上现存的助力方式，可以发现外骨骼技术是融合传感、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。
目前，全球有不少研发生产外骨骼机器人的企业。
但当下直接读取操作者意图的传感器还不够成熟，比如EMG的数据噪音、建模口校准的难度都很大，比如说Hybrid Assistive Limb（HAL5）这款外骨骼采用了EMG信号控制机器人，但是需要2个月的时间来标定肌电信号。
而且在动态环境中保持传感器的精确度是个很大的挑战，同样在使用交互力来控制外骨骼也有类似的问题。
一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人[发明专利]
![一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/97acaab63b3567ec112d8ad5.png)
专利名称：一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人专利类型：发明专利
发明人：潘正源,王浩平,刘景逸,陈毅,韩帅帅
申请号：CN201810478312.1
申请日：20180518
公开号：CN108578174A
公开日：
20180928
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种便携式可穿戴下肢外骨骼机器人，包括腰部支撑板，髋关节组件、大腿支撑杆、膝关节组件、小腿支撑杆、足底支撑板；髋关节组件包括第一驱动电机、第一法兰盘、第一减速器；支撑板下端两侧连接有第一法兰盘；腰部支撑板与第一法兰盘固连；第一驱动电机与第一法兰盘外端面固连第一驱动电机与第一减速器相连；第一减速器固定在第一法兰盘内；大腿支撑杆上端固连有第一转盘，第一转盘与第一减速器相连；第一驱动电机通过第一减速器带动大腿支撑杆摆动；膝关节组件连接及工作方式与髋关节组件相似；大腿支撑杆、小腿支撑杆上均设有绑定机构；小腿支撑杆下端通过第一转轴与足底支撑板相连，小腿支撑杆摆动带动脚步摆动。
本发明便携性好、功能性强。
申请人：南京理工大学
地址：210094 江苏省南京市孝陵卫200号
国籍：CN
代理机构：南京理工大学专利中心
代理人：马鲁晋
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能量辅助骨骼服的研究现状及发展趋势
第３１卷第５期２０１２年１０月Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１２４１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ能量辅助骨骼服的研究现状及发展趋势杨智勇１，归丽华２，张 静３，方登建１（１．海军航空工程学院七系，山东烟台２６４００１；２．总后勤部华东军用物资采购局，上海２００４３７；３．海军航空工程学院电子信息工程系，山东烟台２６４００１）摘 要：借助外部智能装置提高自身能力是人类不断追求的目标，其表现形式之一为通过穿戴人机同型机器人（骨骼服）以增强人体能力。
综合国内外文献发现，当前能量辅助骨骼服的研究已逐渐进入高潮期，但是仍然有许多亟待解决的关键技术，例如人体意图判断、骨骼服机械结构设计、能耗的降低以及穿戴舒适性的提高等。
详细阐述了能量辅助骨骼服，特别是下肢能量辅助骨骼服在国内外的研究现状，探讨了骨骼服在结构形式、能源驱动、生物传感等方面的发展方向。
关键词：外骨骼机器人；骨骼服；能量辅助；人机结合中图分类号：ＴＰ２４２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３７６７（２０１２）０５－００４１－０９收稿日期：２０１２－０５－３１基金项目：山东省自然科学基金项目（ＺＲ２０１０ＦＭ００９）作者简介：杨智勇（１９７７—），男，河南洛阳人，讲师，博士，主要从事智能控制和人机交互系统方面的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｚｙ９１３＠ｓｉｎａ．ｃｏｍＲｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒｅｎｄ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ－ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ＳｕｉｔＹＡＮＧ Ｚｈｉｙｏｎｇ１，ＧＵＩ Ｌｉｈｕａ２，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ３，ＦＡＮＧ Ｄｅｎｇｊｉａｎ１（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ７，Ｎａｖａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｔａｉ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６４００１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｕａｄｏｎｇ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｕｒｅｍｅｎｔ Ａｇｅｎｃｙ，Ｔｈｅ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ＰＬＡ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００４３７，Ｃｈｉｎａ；３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｖａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｔａｉ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６４００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｂｅｉｎｇｓ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｕｒｓｕｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｇｏａｌｏｆ ｍａｎｋｉｎｄ，ｉｔｓ ｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｒｏｂｏｔ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｂｏｄｙ，ｉ．ｅ．，ｔｈｅｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ｓｕｉｔ ｗｏｒｎ ｏｎ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｂｏｄｙ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｈｕｍａｎ ｃａｐａｃｉｔｙ．Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｕｎｄ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓｅｎｅｒｇｙ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ｓｕｉｔ ｈａｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｒｅａｃｈｅｄ ａ ｃｌｉｍａｘ ｐｅｒｉｏｄ，ｂｕｔ ｓｔｉｌｌ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｎｙ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｔｏ ｂｅｓｏｌｖｅｄ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｉｎｔｅｎｔ ｊｕｄｇｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ｓｕｉｔ，ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｗｅａｒｉｎｇ ｃｏｍｆｏｒｔｉｂｌｅｎｅｓｓ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ｓｕｉｔ ｗａｓｅｌａｂｏｒａｔｅｄ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｌｏｗｅｒ ｌｉｍｂ ｅｎｅｒｇｙ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ｓｕｉｔ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ａｎｄ ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ｓｕｉｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｙｌｅ，ｅｎｅｒｇｙ ｄｒｉｖｅ ａｎｄ ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ｒｏｂｏｔ；ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ ｓｕｉｔ；ｅｎｅｒｇｙ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ；ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ 生物学中，外骨骼（ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ）指为生物提供保护和支持的坚硬的外部结构。
腰部助力型外骨骼研究现状分析
腰部助力型外骨骼研究现状分析腰部助力型外骨骼是一种新型的辅助设备，旨在帮助人们减轻腰部负担，提高工作效率，并改善工作生活品质。
随着科技的不断进步和人们对健康关注的增加，腰部助力型外骨骼的研究和应用受到了越来越多的关注。
本文将对腰部助力型外骨骼的研究现状进行分析，以期更好地了解这一新型辅助设备的发展趋势和应用前景。
目前，腰部助力型外骨骼的研究主要集中在以下几个方面：一、动力源技术的发展腰部助力型外骨骼的功能主要是通过动力源来实现的，因此动力源技术的发展是腰部助力型外骨骼研究的关键。
目前，常见的动力源技术包括液压技术、气压技术、电机技术等。
随着材料科学和电子技术的不断进步，腰部助力型外骨骼所采用的动力源技术也在不断提升，从而提高了外骨骼的使用效果和舒适度。
二、传感器技术的应用腰部助力型外骨骼需要通过传感器获取用户的动作信息，从而实现对用户的辅助和支持。
目前，传感器技术的应用已经成为腰部助力型外骨骼研究的重要组成部分。
传感器技术的不断进步使得外骨骼对用户动作的感知能力得到了提升，从而使外骨骼更加智能化和个性化。
三、控制算法的优化腰部助力型外骨骼的控制算法直接影响了外骨骼的性能和稳定性。
目前，针对腰部助力型外骨骼的控制算法进行了大量的研究和优化，其中包括姿态控制算法、运动规划算法、力控制算法等。
这些控制算法的不断优化为腰部助力型外骨骼的使用提供了更加可靠和稳定的支持。
四、穿戴舒适度的改善腰部助力型外骨骼的舒适度直接关系到用户体验和长时间佩戴的可行性。
穿戴舒适度的改善一直是腰部助力型外骨骼研究的重点之一。
目前，研究者采用了多种方法来改善外骨骼的穿戴舒适度，如采用轻质材料、人体工学设计、智能调节等，从而使外骨骼更加符合人体工程学和个体需求。
腰部助力型外骨骼的研究现状表明，这一新型辅助设备在技术水平和性能表现上都取得了长足的进步，未来的发展趋势也值得期待。
腰部助力型外骨骼的应用前景将主要体现在以下几个方面：一、工业生产领域对于需要长时间站立和承受腰部负担的工人来说，腰部助力型外骨骼可以起到非常重要的辅助作用。
外骨骼助力器的设计及应用研究
外骨骼助力器的设计及应用研究随着科技的进步和医疗技术的发展，外骨骼助力器作为一种辅助治疗设备，逐渐受到人们的重视。
外骨骼助力器是一种穿戴式机械装置，由伺服电机、传感器、电池、储能元件以及控制系统等组成，可以为行动不便的人提供力量和稳定性，使其能够在日常生活中更加独立地进行活动。
本文将重点介绍外骨骼助力器的设计和应用研究。
一、外骨骼助力器的设计外骨骼助力器的设计非常复杂，需要结合人体工程学和机械原理进行综合分析和研究。
下面我们将从外骨骼助力器的结构、动力学和控制系统三方面进行介绍。
1. 结构设计外骨骼助力器的结构设计需要考虑到以下因素：材料、人体工程学、功能和制造成本等。
目前，常用的外骨骼结构有骨架式、软体式和混合式等。
其中，骨架式外骨骼结构最常见，其特点是具有稳固的骨架结构和高度的可靠性，适用于高强度的活动；软体式外骨骼结构则适用于需要更高柔韧性的场合，但受到制造成本的限制；混合式外骨骼结构则是骨架式和软体式结构的组合，可以结合二者的优点来设计。
2. 动力学设计外骨骼助力器的动力学问题是关键因素，需要考虑到人体关节角度、骨骼肌力量、运动速度等因素。
在设计中，需要通过实验和仿真模拟来研究动力学性能，并优化设计方案。
在动力学设计方面，需要考虑到外骨骼助力器的控制精度、反应速度和功率消耗等问题。
3. 控制系统设计外骨骼助力器的控制系统是其重要组成部分，需要保证实时性、准确性和稳定性。
在控制系统设计中，需要考虑到传感器、执行器、控制器、通信设备等多方面因素，并通过控制算法来优化系统性能，实现较好的运动控制效果。
二、外骨骼助力器的应用研究外骨骼助力器作为一种辅助治疗设备，可以帮助行动不便的人更好地完成日常活动，提高其生活质量和自主能力。
下面我们将从医疗、军事、运动和航空领域四个方面进行介绍。
1. 医疗领域应用外骨骼助力器在医疗领域的应用主要集中在康复治疗领域。
例如，对于有肢体残疾的患者，可以通过穿戴外骨骼助力器来进行正常行走和站立训练，帮助其增强骨骼肌力量和平衡控制能力。
外骨骼助力器的设计及应用研究
外骨骼助力器的设计及应用研究首先，外骨骼助力器的设计原理主要包括传感模块、控制模块和执行模块。
传感模块是外骨骼助力器的感知系统，通过各种传感器对人体动作进行实时监测和数据采集。
例如，惯性测量单元（IMU）可以测量人体的重心位置和加速度，压力传感器可以测量力的大小和分布，肌电传感器可以感知肌肉活动，以及摄像头和深度传感器可以感知人体的位置和环境信息。
控制模块是外骨骼助力器的决策中心，根据传感模块采集到的数据进行分析和处理，并生成相应的控制策略。
控制模块可以根据用户的意图和需求，对外骨骼助力器的动作进行调整和优化，以实现高效、稳定和安全的动作控制。
执行模块是外骨骼助力器的执行器，根据控制模块生成的指令来完成相应的力和动作输出。
例如，电机和液压缸可以产生所需的力和扭矩，以实现对人体运动的辅助和增强。
在医疗康复方面，外骨骼助力器可以帮助患有运动障碍的人恢复和改善运动功能。
例如，脊髓损伤患者可以通过外骨骼助力器重新学习行走，中风患者可以通过外骨骼助力器训练肢体运动等。
外骨骼助力器可以根据患者的运动能力和康复需求，提供适量的力和支持，使患者能够进行康复训练，并逐步恢复到正常的运动功能。
在人体增强方面，外骨骼助力器可以帮助人们完成一些普通人难以完成的任务。
例如，承重外骨骼可以帮助工人搬运重物，行走外骨骼可以提供长时间的步行支持，助行外骨骼可以帮助老年人行走等。
外骨骼助力器可以增强人体的力量和耐力，提高工作效率和舒适性。
在人机交互方面，外骨骼助力器可以实现人机协同合作，帮助人们完成复杂的任务。
例如，在工业生产线上，外骨骼助力器可以与人工操作员进行配合，提高工作效率和安全性。
在虚拟现实环境中，外骨骼助力器可以与虚拟世界进行交互，提供真实感的身体反馈和互动体验。
总之，外骨骼助力器的设计和应用研究为人们提供了一种新的机会和工具，可以改善人的运动功能和生活质量。
随着技术的不断进步和创新，外骨骼助力器有望在医疗、工业和娱乐等领域发挥更多的作用，并为人们带来更多的福祉和便利。
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基于电磁驱动的便携式动力辅助外骨骼研究作者：李昊洋李家璇闫拓谭茗月陈松涛
来源：《科学与财富》2020年第12期
摘要：外骨骼的概念在科幻电影中出现已有数十年的历史，但鉴于基础技术的限制，它没有得到很好的发展，国内的外骨骼应用目前局限于物流和军事领域。
此次西南交通大学的大学生科研训练计划队员们提出“基于电磁驱动的便携式动力辅助外骨骼”这一课题，并进行摸索研究，历时一年零一个月。
接下来本文将就“基于电磁驱动的便携式动力辅助外骨骼”课题研究的成果、创新点以及团队成员的经验教训来进行回顾总结。
关键词：外骨骼;机械结构;大学生科研训练计划
国外的外骨骼技术发展比较成熟，比如美国福特公司研发了辅助装卸工人进行重复性工作的外骨骼设备，日本也研发了一些用于帮助残障人士进行康复训练的医疗性外骨骼。
相比于国外，国内的外骨骼技术发展并较为滞后，并且在使用环境中有很大的局限性。
我国的外骨骼只应用于京东和亚马逊物流分拣以及单兵作战系统，并不具有普遍性。
我们希望设计出的这一款电驱动下的上肢外骨骼装置，可以较大程度的提升穿戴者的上肢力量，同时在多种环境下可以同样易于穿戴、更便携、更易于控制，以自由度更高来满足不同环境下使用者的需要。
一、项目成果
经过不懈得学习实践，目前团队已经有了可观的成果。
一代机械臂已进行3D打印并组装，同时进行了电机驱动电路模块、陀螺仪采集电路模块、ARDUINO核心板控制电路模块的设计并编写出了基于ARDUINO的控制机械臂程序。
机械臂材料采用轻型材料、电机等零部件重量全部达到最小化，更方便人体穿戴。
经过程序烧录、调试等后续工作，便可达到预期。
二、外骨骼设计中的关键点思考
（一）动力提供方式的选择
首先从动力角度出发考虑，无动力式上肢外骨骼将施加在上肢的力量通过结构设计使身体协调用力将力量施加在整个身体上实现“借力”，从而达到助力的效果。
但对环境条件要求相对较为苛刻，容易重心失调不稳。
本质上也未减轻身体的负担而增加穿戴者的工作时长。
有动力式中，液压式上肢外骨骼输出能力强但工作噪声大且体积大并不满足便携、便于穿戴自己自由度高的设计要求。
因此我们的设计采用电机驱动的方式，为保证便携且易于更换，采用大直流蓄电池。
（二）结构以及控制方式的合理性
穿戴设计考虑要符合人体工艺，舒适减缓疲劳感。
外骨骼工作设计尽可能的满足上肢可活动的角度，增强环境的适应性和突发多变性。
因我们将电机蓄电池放于背包中以减轻手臂负重，所以动力传递方式我们一采用蜗杆，使角动力传递和直线动力传递可以相互转换，二利用舵机实现方向角度的控制，满足多角度活动的设计要求。
为减少结构的重量和动力传递中的损失，我们在不影响设计要求的条件下减少蜗杆以及舵机的数量。
将传感器的检测结果作为信号输入，再利用算法实现电机的转速控制和舵机的方向控制。
用较高电压以增强灵敏性，实现人体和外骨骼的双向控制。
（三）硬件电路设计
1.电机驱动部分：直接采用L298N 电机驱动模块，它可以直接驱动两路 3-16V 直流电机，并且提供 5V 输出接口（输入最低只要 6V），可以给5V的单片机电路系统供电（低纹波系数），支持3.3V MCU ARM 控制，可以很方便的控制直流电机的速度和方向，同时也可以控制 2 相步进电机和 5 线 4 相步进电机。
驱动部分端子供电范围Vs：+5V～+12V ; 如需要板内取电，则供电范围 Vs：+6V～+12V，逻辑部分工作电流范围： 0～36mA，最大功耗： 20W （温度T=75℃时）
2.舵机稳压部分：在关节位置采用舵机控制舵机用 LM2941 进行供电，通过调整使用5.5V 的电压（通过滑动变阻器可调）给舵机供电。
较高的电压可以提高舵机的响应速度，但过高电压容易导致舵机工作不稳定，所以采用5.5V可调整的设计保证舵机工作的稳定性。
（四）机械结构的绘制
机械臂所有主体结构都由团队成员自主设计、绘制。
大小臂采用了分开绘制再组合的方式，提前调查出人均臂长、臂围，并以此为依据绘制出比例为1：1的器件。
肘关节处通过行星架进行连接，在确保大小臂相接的紧密性的同时，也将传动比改变，可有效降低直流电机的输出功率及体积，使整个机械臂更便于携带、操作。
大臂和背部之间采用滑扣链接，保证了大臂有一定的纵向活动范围，且不会出现由于所抬物体过重而使整个大臂被动向后推的情况。
而背部采用了肩背一体的模式，在背部设计了人体支撑结构，更加有利于人体穿戴。
在盛放电池部分，加设了一层散热隔板，可提高机械臂的持续工作时间，且可最大减少人体的不适感。
三、经验与反思
外骨骼没有实现市场化普及开来，因此我们只能在网上不断搜寻各大高校以及企业设计的外骨骼论文与资料。
由于每个团队的出发角度不同，差异也很大，给我们造成了较大的迷惑性。
不过在确定好方向后，这些论文资料对我们的后续研究大有裨益。
综上所述，团队成员对便携式外骨骼的建构进行了初步探索，就舒适度、动力控制方式、电机驱动等方面做出了反应，及时反思，不断进步，对团队日后的学习研究有不可忽视的推动作用。
参考文献：
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[5]Stephen J.Chapman.MATLAB編程[M].第二版.邢树军郑碧波译.
[6]张英杰.CAD？CAM原理及应用[M].高等教育出版社， 2007年.
[7]黄成.SolidWorks 2010中文版完全自学一本通[M].电子工业，2011年
[8]濮良贵陈国定吴立言.机械设计[M].高等教育出版社，2013年
作者简介：
李昊洋（1999-），男（汉族），四川成都人，本科在读，就读于西南交通大学 ;学生，研究方向：电子技术。
李家璇（1999-），男（汉族），河北保定人，本科在读，就读于西南交通大学，学生，研究方向：电力传动。
闫拓（1998-），女（汉族），河北唐山人，本科在读，就读于西南交通大学，研究方向：程序设计。
谭茗月（1999-），女（汉族），重庆人，本科在读，就读于西南交通大学 ;学生，研究方向：程序设计。
陈松涛（1999-），男（汉族），四川达州人，本科在读，就读于西南交通大学 ;学生，研究方向：机械结构。