外骨骼机器人发展.docx
Hardiman外骨骼系统外骨骼技术研制始于I960年月的美国，最早的讨论成果是美国通用公司研发的Hardiman外骨骼系统，其主要采纳电机驱动掌握，可以轻易举起重物。1978年，美国麻省理工学院讨论出“被动式外骨骼助力机器人”。MIT的外骨骼下肢助力机器人能够在负载36公斤的状况下行走lms,其中80%的负重被传递到地面上。它的关节自由度配置包括微关节有3个自由度,膝关节1个自由度。穿戴者与机器人在肩膀、腕关节、大腿和脚部连接，机器人总重量是H.7Kgo驱动方式不采纳电力驱动，只采用弹簧储能和变阻尼器驱动关节驱动。髅关节伸/屈运动时，伸运动时弹簧释放能量，屈运动时弹簧储存能量，膝关节采用磁流变阻尼器，踝关节采用碳纤维弹簧缓冲脚后跟对地面的冲力。传感器系统是由安装在外骨骼下肢助力机器人外壳的应变桥式应变片传感器和安装在膝关节的电位计组成。2004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下肢外骨骼机器人。BLEEX由-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施组成，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，以全面增加人体机能。BLEEX的每条腿具有7个自由度（微关节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的负重量能达至75kg,并以0. 9m s的速度行走，在没有负重的状况下，能以1.3ms的速度行走。HULC可增强士兵的持续行进能力皿可显著熠强士兵的负重能力目前，洛克希德马丁公司和伯克利分校共同研制了新一代外骨骼机器人HULC。这款新型外骨骼继承了 BLEEX的优点，对一些液压传动装置和结构进行了优化设计，不但能够直立行进，还可完成下蹲和匍匐等多种相对简单的动作，穿上HULC后能够明显降低人体对氧气的消耗量。在一次布满电后，HULC可保证穿着者以4. 8kmh的速度背负9()kg重物持续行进一个小时。而穿着HULC的冲刺速度则可达到16km / ho HULC穿戴起来也特别便利，士兵只需将腿伸进靴子下方的足床，然后用皮带绑住腿部、腰部以及肩部即可，完全脱下需30秒的时间。WEAR萨克斯公司完成的第一款外骨骼机器人是WEARo2022年4月，萨克斯公司胜利研制出外骨骼机器人XOS。外骨骼XOS代表了外骨骼领域最尖端的技术。它采用附在身体上的传感器，可以毫不延迟地反应身体的动作，输出强大的力气。当穿上XOS时，能举起200磅的重物就似乎举2()磅的，可以连续举50500次。目前XOS有一个重大缺陷，就是采用自带的电池只能使用40分钟。、2005年，日本筑波高校Cybemics试验室研制出了系列下肢外骨骼机器人HAL,用于帮助步态紊乱的患者行走。它采纳了角度传感器、肌电信号传感器、地面接触力传感器等传感设施来获得外骨骼和操作者的状态信息。全部动力驱动、测量系统、计算机、无线网络和动力供应设施部装在背包中，使用装在腰间的电池进行供电。这种装置能关心残疾人以4kmh的速度行走，毫不费劲地爬楼梯，HAL的运动完全由使用者通过自动掌握器来掌握，不需耍任何操纵台或外部掌握设施。穿上HAL,上臂可以负重4() kg,下肢可以负重l()()-180kg0图 4 PAS2000年，日本神奈川理工学院研制的“动力帮助服” PAS可使人的力气增0.5-1倍，这种装置最初是为护士研制的，用来关心她们照料体重较大或根本无法行走的病人。该动力帮助服选用了微型气泵、便捷式银镉电池和嵌入式微处理器使系统的动力供应和掌握系统小型化，它使用肌肉压力传感器分析佩戴者的运动状况，通过简单的气压传动装置增加人的力气。肘部、腰部和膝部的关节驱动采纳新式的可直接驱动的旋转位移式气动驱动器，肌肉力气信号的采集是通过布置于上臂、大腿和腰部的肌肉硬度传感器来实现。以色列埃尔格医学技术公司研发外骨骼助行机器人Rcwalk,总重18Kg,运动速度是IKm/h,能够连续工作8小时。它可以完成行走、站立、坐下、爬楼梯，上坡和下坡等动作。本田电机公司2022年研制了一款步行助力机器人"Walking assist”总重2Kg的助行机器人有两个电机驱动，能够连续工作2小时，步行速度达到4.5kmh,它可以关心单腿受到损伤的穿戴者。韩国西江高校研制的外骨骼助行机器人。该外骨骼结构上的显著特点是整个装置由外骨骼和手推车两个部分组成。全部的驱动元件，包括电池、电机及掌握器等较重的周边设施都布置在手推车中。他们采纳类似于机电信号的肌纤维膨胀信号，采用绑在大腿和小腿上的气囊内的气体的压力变化来测得，而在人腿自由摇摆，肌纤维不膨胀时，则采用关节处的角度传感器的信号来触发驱动器的动作。美国芝加哥康复讨论所的外骨骼机器人Lokomato它主要由步态矫形器、先进的体重支援系统和跑步机组成。通过直接安装在动力装置上的力转换器增加了测量患者活动力量的功能，而且可以使步态救济水平得到调整，使导引力从零到最大范围进行调整，以适应不同使用者腿的熬炼。国内对外骨骼下肢助力机器人的讨论开头与20世纪初，目前外骨骼下肢助行机器人的讨论正处于起步阶段。中科大智能所讨论的可穿戴型助行机器人，具有10个自由度，系统采用表皮肌电信号分析穿戴者的运动意图。浙江高校研制出了多自由度下肢外骨骼助行机器人，驱动器使用气动驱动，髅关节和膝关节驱动器为圆形气缸。它可以将足底压力信号和气缸的位移掌握信号直接关联起来，能够较好的推断穿戴者的运动意图。辅助框架跑步机助行腿上海高校研制一种下肢康复训练机器人，由外骨骼助行器，减重机构和跑步机构成。酸关节、膝关节、踝关节各一个自由度，共六个自由度实现在矢状面内运动，通过反复的训练来关心患者逐步恢复行走力量
