外骨骼机器人研究发展综

合集下载

人体下肢外骨骼康复机器人的研究

人体下肢外骨骼康复机器人的研究

人体下肢外骨骼康复机器人的研究人体下肢外骨骼康复机器人的研究引言随着全球人口老龄化趋势的加剧,骨骼肌肉系统疾病与下肢功能障碍问题在人们生活中变得越来越突出。

为了帮助患者恢复下肢功能,并提高其生活质量,科学家们致力于开发一种先进的康复技术。

人体下肢外骨骼康复机器人在这一领域中崭露头角,成为一种极具潜力的康复辅助工具。

本文将探讨人体下肢外骨骼康复机器人的研究现状、应用前景以及机器人技术的挑战。

1. 下肢外骨骼康复机器人的研究现状下肢外骨骼康复机器人是一种通过机器人技术将机械结构与人体下肢结合,实现康复治疗的辅助工具。

这种技术的发展可以追溯到上世纪六十年代早期,随着现代机器人技术的不断进步,下肢外骨骼康复机器人在功能、性能和安全性等方面都有了显著的改进。

现阶段,下肢外骨骼康复机器人的研究主要集中在三个方面:机械结构、动力系统和康复控制系统。

机械结构方面,研究人员通过对人体下肢生理特征的深入研究,设计了与人体骨骼结构相似的外骨骼骨架,以提供足够的支撑力和稳定性。

同时,采用轻质材料和模块化设计,使机器人更加舒适和灵活。

动力系统方面,目前主要采用液压、气压和电机等方式实现力与力矩的输出,并利用相关传感器实时监测人体肌肉力输出,以保持与人体行走协调。

康复控制系统方面,人体下肢外骨骼康复机器人通过传感器获取患者行走姿态和力度等重要信息,并采用先进的控制算法来协调机器人与人体的动作。

这种控制系统可以根据个体的需求进行自适应调整,如加强力量输入、改变步态模式等。

2. 人体下肢外骨骼康复机器人的应用前景人体下肢外骨骼康复机器人具有广阔的应用前景。

首先,它可以帮助康复患者重新恢复行走能力,截肢患者可以恢复走路,下肢麻痹患者可以提高其行走速度和稳定性。

其次,对于行走工作环境极端困难的军事、消防和救援人员,该技术可以提供额外的力量和稳定性,减少劳动强度和防止意外伤害。

此外,人体下肢外骨骼康复机器人还可以在体育训练和娱乐活动中发挥重要作用,帮助运动员提高成绩和保护身体。

国内外外骨骼机器人发展现状

国内外外骨骼机器人发展现状

国内外外骨骼机器人发展现状如下:国内发展情况:技术水平:国内外的外骨骼机器人技术都还处于不断发展和完善阶段。

国内的一些企业和科研机构已经开始在技术上取得了一些突破,如感知控制技术、人机交互技术等。

这些技术的应用使得外骨骼机器人在人机融合、智能控制等方面得到了更好的发展。

政策支持:国内政府对外骨骼机器人的发展给予了越来越多的政策支持,鼓励企业加大研发投入,加强技术创新,推动外骨骼机器人在医疗、康复、工业等领域的应用。

应用领域:国内的外骨骼机器人主要应用在医疗康复领域,如帮助截瘫患者恢复行走能力、辅助老年人行走等。

此外,在军事领域和工业领域,也有一些外骨骼机器人的应用案例。

国外发展情况:技术水平:国外在外骨骼机器人技术方面的发展相对更为成熟,一些国际知名企业和研究机构在技术上处于领先地位。

例如,美国洛克希德·马丁公司的外骨骼机器人已经应用于军事领域,帮助士兵提高负重能力和行走速度。

应用领域:国外外骨骼机器人的应用领域也相对更广泛,除了医疗、军事领域外,还在工业、救援等领域得到广泛应用。

例如,在工业领域,外骨骼机器人被用于提高工人作业能力和降低劳动强度;在救援领域,外骨骼机器人被用于帮助救援人员搬运重物和拯救生命。

投资和研发:国外外骨骼机器人的研发和投资力度相对较大,许多知名企业都将外骨骼机器人作为重点发展领域之一,投入大量资金和人力资源进行研发。

同时,国外的一些风险投资机构也对外骨骼机器人领域的初创企业进行投资,支持其技术创新和市场推广。

总的来说,国内外外骨骼机器人的发展都还处于不断发展和完善阶段,但国内外的技术水平和应用领域略有不同。

国内外的政策支持、投资和研发都在不断加强,为外骨骼机器人的进一步发展提供了有力保障。

下肢康复医疗外骨骼发展现状综述

下肢康复医疗外骨骼发展现状综述

下肢康复医疗外骨骼发展现状综述摘要:下肢康复医疗外骨骼能够辅助下肢运动障碍患者进行康复训练,因其巨大的应用前景,成为当前各国研究的热点;从跑步机式和陆基式两类康复医疗外骨骼出发,分析了下肢康复医疗外骨骼国内外发展现状,叙述了典型产品和模型,机械、控制部分的研究过程,通过分析典型产品模型,推测康复医疗外骨骼机器人应具有的结构与控制特性;展望康复医疗外骨骼领域应重点研究刚柔耦合、个体运动差异兼容、多模信息融合等关键技术。

关键词:康复医疗;外骨骼;刚柔耦合;助力效能康复医疗机器人具有广阔的应用前景,日益成为国内外专家学者的研究热点,其中下肢康复医疗是康复医疗的研究重点。

随着人口老龄化及人们生活水平的提高,下肢行动不变的人口数量急剧升高,行走不便将影响患者的正常生活[1]。

我国有着世界上最高的中风发生率,大约有1 500万人有下肢运动障碍,大约4 000万老人在逐渐失去行走能力,每年对下肢康复训练设备需求量高达35万套,但是目前市场提供的设备却少于2万台[2]。

下肢康复外骨骼可以减轻康复医师的负担,提高康复训练效率及效果,实时获取康复训练数据和评估训练效果[3]。

其功能主要包括:维持关节活动度、防止关节挛缩、纠正步态、重塑神经系统等。

根据结构类型,下肢康复外骨骼可分为跑步机式和陆基式两种,患者可通过使用跑步机式康复医疗外骨骼在跑步机上获得行走康复训练,在这种类型的外骨骼中,为了保证安全,保持平衡,需要一套人体重量支撑系统,来减小重力对腿部的影响。

陆基式外骨骼帮助患者在地面上行走,重获行走能力。

按照应用类型,下肢康复医疗外骨骼可分为辅助行走和康复训练两类。

1 国内外研究现状1.1 国外研究现状下肢康复外骨骼方面的研究起始于1960年[4],由于当时技术的限制,这些装备没有实现当时预期的目标,但是为后续研究打下了基础,最近几十年,尤其是Lokomat应用于临床以后,下肢康复机器人逐渐成为世界各国研究的热点。

外骨骼机器人发展前景及关键技术

外骨骼机器人发展前景及关键技术

外骨骼机器人发展前景及关键技术外骨骼机器人是一种具有人类运动功能增强和辅助功能的机械设备,它通过结合人体工程学、控制系统和传感技术来提供力量增强、平衡支撑、移动助力等功能。

外骨骼机器人的研发和应用为人们的生活和工作提供了更多可能性,也为医疗、救援、军事和工业领域带来了许多新的机遇。

本文将就外骨骼机器人的发展前景及关键技术进行探讨。

一、外骨骼机器人的发展前景1. 医疗保健领域外骨骼机器人在医疗领域有着巨大的市场需求和应用前景。

随着人口老龄化加速和医疗技术的进步,外骨骼机器人可以用于康复训练、残疾人辅助、手术支持等方面。

它能够帮助行动不便的人们重新获得行动能力,促进康复和生活质量的提升。

外骨骼机器人的运动辅助功能也可以减轻医护人员的工作负担,提高康复治疗效率。

2. 工业生产领域外骨骼机器人在工业领域也有着广阔的应用前景。

它可以帮助工人承担重型和危险的工作任务,提高工作效率,保障工人安全,减少工伤事故的发生。

尤其在装配、搬运、维修和清洁等领域,外骨骼机器人可以发挥巨大作用,大大提高工作效率和质量。

3. 军事和救援领域在军事领域,外骨骼机器人可用于增强士兵的装备和作战能力,提高作战效率和灵活性。

在灾害救援领域,外骨骼机器人可以帮助救援人员进入危险地区执行任务,提高救援效率和安全性。

4. 日常生活领域随着外骨骼机器人技术的不断进步,它还有望在日常生活中发挥更多作用。

可以帮助老年人和残障人士独立完成生活起居、行动,提高生活品质。

外骨骼机器人也有可能用于娱乐、体育等方面,为人们提供更多选择和乐趣。

外骨骼机器人在医疗、工业、军事和日常生活等领域都有着巨大的发展前景。

在未来的发展中,外骨骼机器人的关键技术将成为其发展的核心和基石。

二、外骨骼机器人的关键技术1. 结构设计与材料外骨骼机器人的结构设计和材料选择对其性能和实用性至关重要。

为了实现体积小、重量轻、穿着舒适、耐用性强、价格低廉等特点,需要不断改进和创新结构设计和材料制备技术。

康复外骨骼机器人的研究现状及发展趋势探讨

康复外骨骼机器人的研究现状及发展趋势探讨

康复外骨骼机器人的研究现状及发展趋势探讨作者:刘恒白泽杨陈俊宇李博皓魏俏俏来源:《机电信息》2020年第09期摘要:康复外骨骼机器人是一种可穿戴的、模仿人体生理构造的医疗机械装置,穿戴于患者肢体外侧,辅助患者进行日常活动和康复训练。

近年来,人工智能、传感、生物医学等先进技术不断发展,吸引了国内外各科研院所、机构对康复外骨骼系統进行进一步的研究。

现阐述国内外不同控制方式的外骨骼机器人的研究现状,并对康复外骨骼机器人的发展趋势进行分析和总结。

关键词:康复外骨骼机器人;现状;趋势0 引言“外骨骼”(Exoskeleton)这一名词最早来源于一个生物学概念,指的是昆虫等节肢动物的身体结构。

随着人工智能、传感、生物医学等先进技术的不断发展,外骨骼机器人技术于近20年间取得了空前进步,且广泛应用于医疗、军事、工业等领域。

早期对于外骨骼机器人的研究主要是为了提高士兵的行动和负重能力,而随着医疗需求的不断增长,在全球老龄化趋势加重的背景下,康复外骨骼机器人成为世界各国研究的新方向。

这类装置不仅是中风、脊髓损伤引起的运动障碍康复训练的重要技术手段,还能够帮助卒中患者、脑外伤患者解决行走障碍等问题,因而应用潜力巨大。

目前,康复外骨骼机器人种类繁多,厂家主要有以色列的ReWalk公司、美国的Ekso Bionics公司、日本的Cyberdyne公司、Honda公司和新西兰的Rex公司等。

我国对康复外骨骼下肢助力机器人的研究始于21世纪初,目前正处于起步阶段。

各研究机构在参考借鉴国外先进康复外骨骼助力机器人的基础上,加以自身的创新与研发,已有不少康复外骨骼助力机器人样机问世,也有相当不错的表现。

1 国外研究状况日本筑波大学Cybernics研究中心于1995年研制的原型机HAL(Hybrid Assistive Limb)是一款较早的外骨骼动力服。

该外骨骼机器人的设计初衷是帮助年迈者和残疾人进行康复运动[1]。

该康复外骨骼机器人本质上是一种可穿戴式行走用机器人,当使用者试图行走时,大脑会通过神经向肌肉发送电生理信号,HAL通过传感器可以在人体的皮肤表面捕捉到这种电信号,并激活伺服系统,驱动电动马达迅速动作。

外骨骼机器人技术的研究与发展

外骨骼机器人技术的研究与发展

外骨骼机器人技术的研究与发展随着科技的不断发展,外骨骼机器人技术在大众的视野中逐渐得到了关注。

外骨骼机器人是一种能够扩展人类运动能力的机器人,可以帮助残疾人士恢复行动能力,提高劳动效率,甚至在军事领域中发挥重要作用。

本文将从技术发展历程、应用领域以及未来发展方向三个方面论述外骨骼机器人技术的研究与发展。

一、技术发展历程外骨骼机器人技术的研究起源可以追溯到20世纪60年代的美国。

当时,美国国家航空航天局研究人员研制出了一种可用于开采火星矿场的外骨骼机器人,这标志着外骨骼机器人技术开始走向实用化。

进入21世纪,随着机器人技术的飞速发展以及制造材料的不断升级,外骨骼机器人技术也得到了快速的发展。

2005年,日本理化学研究所研制成功了一款名为HAL(Hybrid Assistive Limb)的外骨骼机器人,该产品可以辅助残疾人士恢复行走和使用手臂的能力。

2010年,美国加州大学伯克利分校的研究人员开发出一种金属骨骼的外骨骼机器人,以提升劳动效率和减轻工人负担。

近年来,随着我国经济发展和老龄化社会的到来,外骨骼机器人技术在我国也开始获得广泛的关注和应用。

二、应用领域外骨骼机器人技术的应用领域十分广泛。

首先是医疗领域。

外骨骼机器人可以帮助脊髓损伤和中风患者恢复行走能力,让他们重获自由。

同时,在手术室中,外骨骼机器人也可以普及,可以为医护人员提供更加精确和稳定的运动助力,从而减少手术风险。

另外,外骨骼机器人技术在军事领域中也能够发挥重要作用。

在战场上,士兵们会经常面临长时间负重行军的情况,使用外骨骼机器人可以大大减轻他们的负荷,提高战斗力。

同时,在复杂环境下,外骨骼机器人也能为士兵提供更好的防护和生存保障。

此外,外骨骼机器人在辅助工作中的应用也十分广泛。

比如,在工厂生产线上,外骨骼机器人可以为工人提供必要的助力,降低工伤的风险。

同时,在体育领域中,外骨骼机器人也可以辅助残疾人士参加轮椅比赛,提升比赛的公平性和观赏性。

外骨骼机器人研究与设计

外骨骼机器人研究与设计

外骨骼机器人研究与设计外骨骼机器人是一种可以穿在身上的机器人,它可以增强人类肢体的力量和自主移动能力。

外骨骼机器人的研发已经取得了重大的进展,这种机器人已经成为了越来越多研究机构和企业的研究重点。

一、外骨骼机器人的研究现状外骨骼机器人最初的应用是在军事领域。

2000年,美国国防部资助对外骨骼机器人的研究,研究结果表明,戴上外骨骼机器人的士兵能够在山路上扛着100多磅的装备行走。

之后,为了解决失能人群机械化帮助的问题,医学界增加了对外骨骼机器人的研究。

同时,德国开发出了专门的“机器人运动员”,使得协会残疾人可以享受到运动的乐趣。

目前,外骨骼机器人已经被广泛应用于医疗、日常生活和生产制造等领域。

在医疗领域,外骨骼机器人可以帮助瘫痪患者进行肢体康复。

在日常生活领域,外骨骼机器人可以帮助人们进行搬运货物、爬楼梯等力气活。

在生产制造领域,外骨骼机器人可以提高工人的工作效率和减少工伤。

二、外骨骼机器人的设计与原理外骨骼机器人的设计需要考虑机器人的体重、力度、稳定性和电池寿命等问题,同时还需要考虑外骨骼与人类进行有效交互的问题。

从原理上来说,外骨骼机器人包括四个主要的部分:传感器、计算机、执行器和电池。

首先是传感器,它可以读取人类的姿态和动作,以对外骨骼机器人进行控制。

然后是计算机,它用于对传感器提供的数据进行处理和分析。

执行器被用来转动电动机或液压系统,以使外骨骼机器人产生相应的力和运动。

最后是电池,它能提供给外骨骼机器人所需的电力。

三、外骨骼机器人的优势与未来展望外骨骼机器人的优势在于能够增强人类的肢体功能,并且帮助人们完成一些重体力活,减轻了工人们的负担,提高了工作效率,同时也使得瘫痪患者可以完成肢体康复训练。

另外,外骨骼机器人的应用未来还将不断拓宽,应用场景也将更加多样化,例如,外骨骼机器人可以被用来支持太空步行、远程医疗等方面。

总之,外骨骼机器人的研究和设计离不开数学、力学、材料等学科的支撑。

未来,它将会不断地被应用于人类生活的各个领域,并且有可能会成为人类生活的必需品。

机器人外骨骼技术的研究与应用前景

机器人外骨骼技术的研究与应用前景

机器人外骨骼技术的研究与应用前景外骨骼(Exoskeleton)是一种运动辅助装置,由于其能够提高人类的体力和耐力,所以受到了广泛的关注和应用。

如果再将机器人技术与外骨骼技术相结合,就可以形成人体巨大能量的辅助外骨骼(Human Assistive Exoskeleton),即机器人外骨骼技术。

随着科学技术的进步和人们对健康生活的追求,机器人外骨骼技术正逐渐成为未来的研究与应用的热点领域。

一、机器人外骨骼技术研究现状机器人外骨骼技术的研究起源于20世纪60年代,当时主要用于军事领域。

1971年,美国的诺斯罗普公司(Northrop Grumman)研制出了全世界第一套外骨骼系统。

该系统主要用于军事方面,通过增强膝关节的力量以及帮助士兵携带沉重的负载,提高了士兵的作战能力。

近年来,机器人外骨骼技术的应用范围不断扩大,尤其是在医疗保健领域和康复治疗方面,机器人外骨骼技术显示出了巨大的潜力。

在这个领域,美国、日本和韩国等国家的科学家已经取得了一系列的研究成果。

二、机器人外骨骼技术的应用前景1. 康复领域应用机器人外骨骼技术在康复领域中的应用主要是指对肢体功能障碍患者的治疗和康复辅助。

依靠机器人外骨骼技术的力量,可以帮助康复患者进行辅助性运动,以达到肢体康复的目的。

另外,机器人外骨骼技术还可以通过陪伴康复患者做运动活动,提供心理支持,有利于患者恢复自信。

2. 重体力工作环境应用现代制造业中许多工人工作量非常大且非常危险。

机器人外骨骼技术能够替代人工完成重体力劳动,特别是在制造业和工业生产领域,通过使用机器人外骨骼技术可以大大地减少工人的伤害率和经济成本,同时也会提高劳动生产率和质量。

3. 老年人护理应用机器人外骨骼技术对于老年人来说,可以帮助他们完成一些日常活动。

例如,可以用手臂机器人来帮助老年人协助起床、穿衣、洗漱等,还可以用腿部机器人来帮助他们走路、上下楼梯等。

这样的应用将有助于解决日益加剧的老龄化问题,并且可以有效地减少护理成本。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

外骨骼机器人研究发展综述李罗川摘要外骨骼机器人又称可穿戴机器人,是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的机器人。

外骨骼机器人融合了传感、控制、驱动、信息融合、移动计算等综合技术为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构。

本文介绍了外骨骼机器人的发展历史以及国内外研究现状,对外骨骼机器人的关键技术:机械结构设计,驱动单元,控制策略进行了研究,分析了其技术难点最后对其发展前景进行了说明。

关键词:外骨骼机器人关键技术目录引言 (4)1.发展历史及现状 (5)1.1国外发展历史现状 (5)1.2国内发展历史现状 (9)2.关键技术分析 ...................................................................................................................... 1..1 .2.1外骨骼机器人的结构设计..................................................................................... 1..1...2.2外骨骼机器人驱动单元.......................................................................................... 1..2...2.3外骨骼机器人的控制策略..................................................................................... 1..3...3............................................................................................................ 外骨骼机器人技术难点分析................................................................................................................. 1..6...4............................................................................................................ 前景展望 ........................................................................................................................................................ 1..8 .4.1外骨骼机器人的研究方向..................................................................................... 1..8...4.2外骨骼机器人技术的应用 .................................................................................. 1...8..引言现代机器人所具有的机械动力装置使得机器人可以轻易地完成很多艰苦的任务,比如举起、搬运沉重的负载等。

虽然现代机器人控制技术有了长足的发展,还远达不到人的智力水平,包括决策能力和对环境的感知能力。

与此同时,人类所具有的智能是任何生物和机械装置所无法比拟的,人所能完成的任务不受人的智能的约束,而仅受人的体能的限制。

因此,将人的智能与机器人所具有的强大的机械能量结合起来,综合为一个系统,将会带来前所未有的变化,这便是外骨骼机器人的设计思想。

外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人,穿戴在操作者的身体外部,为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能,同时又融合了传感、控制、驱动、信息融合等机器人技术,使得外骨骼能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。

本文通过介绍外骨骼机器人的发展历史及研究现状进一步分析了外骨骼机器人的关键技术,并对其技术难点以及发展前景作了说明,以期在全面认识外骨骼机器人基础上对其开展进一步深入研究。

1.发展历史及现状1.1国外发展历史现状外骨骼系统的最早研究始于20 世纪60 年代。

1962 年,美国空军就要求康奈尔航空实验室进行一项采用主从控制方式的人力放大器系统的可行性研究。

从1960 年到1971 年,美国通用电器公司开始研发一种基于主从控制的外骨骼原型机,名字叫做“ Hardiman ”,如图1 所示。

Hardiman 采用电机驱动方式,可以像举起10 磅那样来举起250 磅的重物。

但是,由于技术的限制,导致Hardiman 的体积和重量过大,无法进行实际应用,慢慢停止了发展。

同时期进行外骨骼研究的还有贝尔格莱德大学的Vukobratovic 等人,他们的研究主要用于辅助下肢瘫痪患者进行运动康复。

尽管只实现了部分运动形式,但是研究过程中得到的平衡算法在双足步行机器人中得到了广泛应用。

随后尽管人体外骨骼机器人经历过一段时间的沉寂,但到20 世纪末,由于传感技术、材料技术和控制技术等技术的发展和各种军事、民用需求的凸显使得人体外骨骼机器人再次进入了蓬勃发展阶段,美国、日本和俄罗斯等国均针对人体外骨骼机器人开展了大量的研究工作。

2000 年,美国国防高级研究计划局(DARPA) 在出资五千万美元用于资助对能够增强人体机能的外骨骼(EHPA )的研究与开发,研制一种穿戴式的,具有自适应能力的外骨骼系统,使士兵在穿着外骨骼后,行军能力大大提高。

DARPA 的该项目资助了多家研究机构,主要有加利福尼亚大学伯克利分校机器人和人体工程实验室、Oak Ridge 国家实验室、盐湖城人体机能研究所、“千年喷气机” 公司、SARCOS 公司等。

其中伯克利分校、SARCOS公司和麻省理工学院展示了实验样机,其他单位则在传感驱动人机界面生物力学人因测试等方面进行了分析与实验。

2 0 0 4 年,伯克利分校研制出的下肢外骨骼机器人BLEEX是DARPA 项目的第一台带移动电源和能够负重的图下2肢伯克外利骨的骼机BL器EE人X。

如图2所示BLEEX 由一个用于负重的背包式外架、两条动力驱动的仿生金属腿及相应动力设备组成,使用背包中的液压传动系统和箱式微型空速传感仪作为液压泵的能量来源,以全面增强人体机能。

BLEEX 的每条腿具有7 个自由度(髋关节3 个,膝关节1 个,踝关节3 个),在该装置中总共有40 多个传感器以及液压驱动器,它们组成了一个类似人类神经系统的局域网。

BLEEX 的负重量能达到75kg ,并以0.9m / s 的速度行走,在没有负重的情况下,能以1.3m / s 的速度行走。

然而BLEEX 由于结构复杂能量消耗大操作者长时间使用很不舒服因此未获得DARPA第二阶段的资助。

BLEEX 虽然未获得进一步的资助但是Kazerooni 教授和他的学生成立了伯克利仿生公司争取吸引风险投资并对骨骼服技术进行市场化运作设计开发了更加轻便简洁实用的HULC (human universalload carrier )如图3所示:图3 洛克希德马丁公司的HULCHULC 被著名的武器承包商洛克希德-马丁公司收购。

HULC 质量为24kg(不含电池)两块电池质量为3.6kg 。

士兵穿戴上HULC之后能够额外负重91kg ,是BLEEX系统负重能力的3倍。

电池可供以5km/h 的速度连续行走3h。

速度峰值可达到16km/h 。

可以说HULC 是最接近实战应用的一款骨骼服。

目前正在进行进一步的集成开发同时进行部队的演示验证实验。

雷神公司在收购了参与EHPA 项目的SARCOS 公司后,也推出了其研制的第一代全身型人体外骨骼机器人XOS。

XOS能够在背负68 kg 且手持23kg 的负荷时以1.6 m /s 的速度行进,并可实现弯腰下蹲和跪地等动作。

2010 年第二代XOS 机器人问世,如图4 所示图。

4 雷神公司的XOS-2第二代XOS 人体外骨骼机器人的能耗较第一代降低了一半,而且较第一代具有更强的负重能力,系统的灵敏度和响应速度进一步提升。

但其缺陷在于能量消耗依旧较大,至今仍依赖地面供电。

总之美国的骨骼服以军事应用为背景资助力度大资助范围广对骨骼服各个方面的研究最为深入呈现百花齐放的状态,研究水平居世界前列。

日本是当仁不让的机器人技术强国,但是骨骼服的军事意义相当明显,因此日本主要从骨骼服的民事应用入手在助残护理劳动等应用领域对骨骼服展开了广泛的研究,成绩显著。

日本筑波大学于2004 年推出了世界上第一款商业人体外骨骼机器人(HAL) ,当前已发展到第五代助力机器人HAL-5 ,如图5 所示HAL-5 是一种全身型助力机器人,其特点在于通过遍布全身的肌电传感器实现对人体运动信息的采集,并通过电机实现对各关节的助力。

HAL-5 重约15kg ,其能源供给装置小巧,使用时间长,但是由于使用了肌电传感器导致其穿戴复杂,且易受干扰,目前仅用于民用领域。

除此之外,日本神奈川理工学院研制的采用气压驱动的动力辅助服和本田公司采用非拟人设计的助力机械腿也已经进入样机制造阶段。

国外其他国家的人体外骨骼机器人研究:俄罗斯目前研制出了一款战士-21 的单兵作战服,其能够让士兵携带重物飞奔,且能够在电力耗尽时迅速脱下;法国防务公司与法国武器装备总署联合研制了名为“大力神”的协同可穿戴式外骨骼机构,旨在使穿戴者能够轻松携带100 kg 重物,其电池可使穿戴者以4 km /h 的速度行进大约20 km 。

同时,韩国、意大利及新加坡等国家也有相关方面的研究,但由于均没有进行公开演示,故相关资料较少。

1.2国内发展历史现状目前国内开展人体外骨骼机器人研究的主要有浙江大学、中国科技大学、华东理工大学及中国北方车辆研究所等大学和研究所。

浙江大学主要进行人机耦合的层次式控制框架的研究,并设计完成了一种基于气动的外骨骼机器人样机。

中国科技大学在人体外骨骼机器人的姿态感知及控制方法方面展开了大量研究,在相关姿态传感器方面获得了不少成果。

华东理工大学也在做相关方面的研究,已完成了一套液压驱动的实物样机。

中国北方车辆研究所在人体外骨骼机器人的计算机虚拟建模及仿真方面做了深入研究,并在行走助力机器人用小型液压缸设计等方面有所突破。

此外还有很多机构也展开了相关研究,如:海军航空工程学院对基于电机驱动的人体外骨骼机器人进行了研究;北京工业大学在助力机器人机构设计方面进行了一定研究。

相关文档
最新文档