全副武装机械外骨骼

全副武装的机械外骨骼更 新 时 间 ： 2014-3-11 资 讯 ：3D打 印 机 械 外 骨 骼 帮 助 瘫 痪 者 重 获 自 由松 下 将 于 2015年 量 产 商 用 机 械 外 骨 骼瘫 痪 少 年 穿 戴 机 械 外 骨 骼 将 为 2014世 界 杯 开 球机 械 外 骨 骼 从 科 幻 走 到 现 实Eythor Bender在 TED上 展 示 用 于 战 争 和 医 疗 的 机 械 外 骨 骼日 本 Cyberdyne公 司 研 发 人 脑 控 制 的 机 械 外 骨 骼 HAL 问 答 ：机 械 外 骨 骼 如 何 解 决 手 指 设 计 问 题 ？ 如 果 只 是 单 单 使 用 各 种 工 具 武 器 ， 个 人 觉 得 没 有 必 要 设 计 手 部 在 手 部 加 装机 械 对 手 部 灵 活 速 度 影 响 很 大 ， 比 如 使 用 武 器 扣 动 扳 机 时 需 要 人 体 的 指令 感 应 传 导 一 系 列 还 有 机 械 的 反 应 输 出 ， 这 个 过 程 以 及 精 度 都 对 手 部 灵 活速 度 影 响 很 大 ， 如 果 楼 主 设 计 的 是 机 器 人 那 我 没 什 么 可 说 的 但 外 骨 骼 手部 真 心 觉 得 没 必 要 .以 我 看 来 ， 从 发 明 机 械 外 骨 骼 的 初 衷 来 看 是 提 高 士 兵负 重 能 力 的 ， 若 是 动 力 装 甲 甚 至 还 能 防 小 口 径 子 弹 ， ， 甚 至 能 防 水 防 电 防辐 射 等 ， 所 以 要 是 我 我 就 放 弃 强 化 手 掌 部 位 尽 量 保 留 手 感 和 灵 敏 度 （ 神枪 手 若 没 了 手 感 感 觉 也 是 一 般 枪 手 水 平 ） ， 反 正 有 了 外 骨 骼 提 高 负 重 打 不了 多 背 几 个 RPG也 一 样 拉 ， 至 于 放 弃 强 化 手 掌 部 位 就 像 练 了 铁 砂 掌 虽 然防 御 变 强 了 但 手 感 就 变 差 了 ， 搞 不 好 连 捡 个 米 粒 大 的 东 西 都 费 劲 ， 所 以 戴柔 软 的 特 殊 材 料 做 的 手 套 再 给 手 背 指 背 弄 上 钢 化 甲 片 ， 这 样 不 降 低 手 指 灵活 性 还 能 提 高 点 点 防 御 ， 你 给 手 掌 弄 再 厚 的 装 甲 也 禁 不 起 大 口 径 枪 械 攻击 ， 至 于 想 用 机 械 外 骨 骼 举 起 重 物 嘛 。 这 个 可 以 弄 个 外 挂 装 置 ， 就 是 比 如 搬 重 物 时 不 想 伤 到 手 掌 可 以 给 手 掌 部 位 再 弄 个 装 置 保 护 就 好 了 ， 雷 神 系列 貌 似 手 臂 弄 了 个 钩 子 。 机 械 外 骨 骼 的 受 力 部 位 在 哪 里 ？脊 椎 类 生 物 的 主 要 受 力 点 都 在 腰 部 的 ， 所 以 外 骨 骼 的 腰 部 设 计 最 主 要 的 。机 械 外 骨 骼 在 设 计 机 械 结 构 的 时 候 都 需 要 注 意 哪 些 问 题 ？ 由 于 机 械 外 骨 骼 的 受 力 部 分 主 要 是 在 下 肢 ， 因 此 为 了 达 到 减 轻 负 重 者 负 载 从而 节 省 体 能 的 目 的 ， 就 要 求 所 设 计 的 下 肢 必 须 能 够 承 受 足 够 强 度 的 压 力 。因 此 对 于 机 械 外 骨 骼 下 肢 机 械 结 构 的 分 析 与 设 计 也 成 为 一 大 热 点 和 难 点 。下 肢 外 骨 骼 是 一 种 新 型 的 具 有 可 穿 戴 性 能 的 机 械 装 置 ,从 人 机 一 体 化 智 能系 统 理 论 的 观 点 出 发 ,它 是 一 种 人 主 机 辅 的 人 机 一 体 化 系 统 。 国 内 有 学 者研 究 了 这 一 方 向 的 问 题 并 且 指 出 ， 外 骨 骼 结 构 能 够 穿 着 在 人 的 身 上 ,除 满足 行 走 需 要 的 基 本 条 件 外 ,还 必 须 考 虑 到 以 下 三 个 方 面 的 要 求 : 安 全 性 :外 骨 骼 与 人 体 协 调 共 处 ,二 者 不 能 发 生 冲 突 兼 容 性 :外 骨 骼 的 肢 体 几 何 尺 寸 能 够 调 节 ,以 适 应 不 同 的 穿 着 者 。 舒 适 性 :增 加 人 机 接 触 缓 冲 装 置 ,提 高 舒 适 性 。 除 此 之 外 ， 也 有 多 种 用 于 辅 助 进 行 康 复 运 动 的 外 骨 骼 和 上 肢 外 骨 骼 ， 对 其 相 应 机 械 结 构 的 设 计 也 已 取得 较 大 的 进 展 。 比 如 ， 为 了 实 现 远 程 控 制 功 能 而 提 出 的 上 肢 外 骨 骼 的 结 构设 计 之 一 便 是 采 用 “ 并 联 三 自 由 度 ” +“ 四 连 杆 机 构 ” +“ 并 联 三 自 由 度机 构 ” 来 实 现 外 骨 骼 “ 肩 ” 、 “ 肘 ” 、 “ 腕 ” 关 节 的 联 动 研 究 机 械 外 骨 骼 在 理 论 研 究 阶 段 都 用 哪 些 软 件 仿 真 ？ 目 前 的 理 论 研 究 主 要 是 基 于 adams仿 真 软 件 、 solidworks或 Pro/E等 三 维 造 型软 件 。 通 过 分 别 建 立 适 用 于 身 体 各 个 部 位 的 各 种 数 学 模 型 而 进 行 的 运 动 学、 动 力 学 分 析 。 为 了 保 证 理 论 分 析 的 准 确 性 ， 往 往 需 要 建 立 上 肢 、 下 肢 等外 骨 骼 结 构 的 模 型 ， 并 通 过 MATLAB 软 件 中 的 simulink和 SimMechanics的控 制 运 用 ADAMS仿 真 软 件 对 这 些 模 型 的 仿 真 模 拟 ， 设 置 各 项 参 数 执 行 仿真 ， 从 而 获 得 保 持 外 骨 骼 系 统 稳 定 的 运 动 、 动 力 数 据 。 现 在 外 骨 骼 机 器 人 都 应 用 在 哪 些 领 域 ？从 技 术 上 说 ， 外 骨 骼 机 器 人 是 从 仿 生 的 角 度 实 现 的 一 种 机 器 人 ， 其 本 质 是 一种 机 器 人 。 它 可 以 赋 予 穿 戴 外 骨 骼 的 人 部 分 或 全 部 动 物 外 骨 骼 所 具 有 的 功能 ， 主 要 包 括 ： 支 撑 功 能 、 保 护 功 能 、 运 动 功 能 、 环 境 感 知 功 能 。 区 别 于其 他 机 器 人 ， 外 骨 骼 机 器 人 是 “ 人 在 回 路 中 ” 的 一 个 系 统 ， 其 操 作 者 也 是控 制 系 统 中 的 一 个 组 成 部 分 ， 而 且 是 人 主 机 辅 的 控 制 系 统 。 在 这 个 系 统 中 ，操 作 者 是 控 制 回 路 的 中 枢 ,处 于 信 息 的 集 成 和 决 策 的 地 位 ， 而 外 骨 骼 则 处于 数 据 采 集 扮 演 和 执 行 者 的 角 色 。 尽 管 目 前 已 经 出 现 了 多 种 外 骨 骼 机 器 人 ，但 与 理 想 的 外 骨 骼 机 器 人 还 有 一 定 的 差 距 。 譬 如 ， 外 骨 骼 机 械 系 统 设 计 和自 由 度 等 都 要 求 与 人 体 的 结 构 和 自 由 度 相 匹 配 、 研 发 轻 便 、 高 效 的 自 给 能源 装 置 、 工 作 延 续 性 、 反 应 速 度 等 等 。 随 着 能 源 、 材 料 和 控 制 技 术 的 不 断进 步 ， 外 骨 骼 机 器 人 在 军 用 和 民 用 方 面 大 有 潜 力 可 挖 。外 骨 骼 机 器 人 涉 及 机 械 、 电 子 、 控 制 、 计 算 机 、 传 感 器 等 学 科 领 域 ， 是 多 种高 新 科 技 的 集 成 。 随 着 科 技 的 不 断 创 新 与 进 步 ， 外 骨 骼 机 器 人 可 以 逐 步 向智 能 化 、 模 块 化 、 微 型 化 发 展 ， 进 一 步 提 高 人 机 耦 合 技 术 ， 其 功 能 也 就 越 强 大 ， 未 来 的 外 骨 骼 机 器 人 会 更 加 适 合 操 作 者 。 关 于 外 骨 骼 机 器 人 国 外 的 研 究 现 状 怎 么 样 啊 ？ 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 。以 下 是 近 些 年 有 代 表 性 的 研 究 成 果 。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（ 区 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 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 传 感 器 和 一 个 背 包组 成 ， 背 包 内 有 一 个 计 算 器 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 传感 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 。 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 。市 场 规 划 主 要 是 针 对 下 肢 瘫 痪 的 顾 客 进 行 产 品 开 发 。 3 美 国 伯 克 利 大 学 军 方 合 作 项 目 外 骨 骼 助 力 机 器 人 士 兵 服该 装 置 名 为 伯 克 利 低 位 肢 体 外 骨 骼 (Berkeley Lower Extremity EXOSkeleton)或 称 作布 利 克 斯 (BLEEX)， 是 高 级 防 御 研 究 工 程 机 构 设 计 出 来 的 ， 尝 试 将 自 动 机 械 支柱 与 人 的 双 腿 相 连 ， 以 降 低 负 重 ， 从 而 使 步 兵 能 够 在 负 载 更 重 的 情 况 下 行 进更 长 的 路 程 。 这 套 设 备 主 要 由 燃 料 供 给 及 发 动 机 系 统 、 控 制 及 检 测 系 统 、 液压 传 动 系 统 及 外 骨 骼 机 构 ， 使 用 这 种 装 置 的 人 要 通 过 传 动 带 将 自 身 的 腿 与 机械 外 骨 骼 的 腿 相 连 ， 背 上 要 背 一 个 装 有 发 动 机 、 控 制 系 统 的 大 背 包 ， 背 包 中同 时 还 留 有 承 载 有 效 载 荷 的 空 间 。 动 力 传 动 过 程 为 ： 发 动 机 -液 压 系 统 -外 骨 骼机 构 。 该 装 置 能 平 衡 掉 设 备 的 自 重 （ 有 50千 克 ） ， 使 人 穿 着 时 无 负 载 感 觉 ，且 控 制 系 统 将 保 证 它 的 重 心 始 终 是 在 使 用 者 的 双 脚 上 。 该 装 置 的 背 包 中 还 可负 载 32千 克 重 量 。 而 对 使 用 者 而 言 ， 他 则 只 感 觉 像 是 背 了 2千 克 一 样 。 这 种 装置 除 了 帮 助 士 兵 外 ， 还 可 以 协 助 医 疗 人 员 将 伤 员 撤 离 开 危 险 地 区 或 使 消 防 员能 够 携 带 很 重 的 设 备 攀 登 上 更 多 的 楼 层 。4 美 国 另 一 个 军 事 合 作 项 目 ， 代 表 助 力 外 骨 骼 机 器 人 最 新 水 平 的 Raytheon Sarcos XOS ， 外 骨 骼 XOS 是 为 了 创 造 出 超 人 的 士 兵 ， 而 由 美 国 国 防 部 高 等 研究 计 划 局 （ DARPA） 提 供 了 1000万 美 元 的 军 事 研 究 预 算 ， 经 过 7年 秘 密 研 发 出来 的 ， 代 表 了 机 械 外 骨 骼 领 域 最 尖 端 的 技 术 。 它 的 控 制 思 想 同 BLEEX一 样 ，控 制 系 统 通 过 检 测 系 统 和 微 机 系 统 判 断 人 的 下 个 动 作 ， 从 而 决 定 加 给 人 体 多大 的 助 力 及 速 度 ， 并 且 也 是 通 过 液 压 系 统 将 力 传 给 外 骨 骼 机 构 ， 但 它 是 全 身 武 装 的 外 骨 骼 ， 而 BLEEX是 下 肢 外 骨 骼 机 器 人 。 XOS 动 作 较 从 前 的 外 骨骼 设 备 动 作 要 敏 捷 的 多 并 且 强 有 力 。 利 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 量 。 当 穿 上 XOS 时 ， 能 举 起 90.7kg的重 物 而 人 体 感 觉 只 有 9千 克 ， 能 连 续 举 50-500次 。 但 目 前 XOS 有 一 个 重 大缺 陷 ， 就 是 自 带 的 电 池 只 能 使 用 40分 钟 ， 如 果 解 决 这 个 问 题 ， 相 信 很 快 就 可以 实 用 化 。 制 作 机 械 外 骨 骼 用 什 么 材 料 最 好 ？ 军 用 钛 合 金 。 一 般 普 通 钢 管 ， 铝 合 金 就 可 以 了 。机 械 外 骨 骼 机 器 人 研 制 的 最 大 瓶 颈 是 什 么 ？ 两 个 问 题 ， 一 个 是 动 力 ， 然 后 它 还 需 要 小 但 是 功 能 强 大 的 传 动 装 置 ， 一 套 灵敏 但 是 又 不 能 太 灵 敏 的 动 作 控 制 系 统 。 以 阿 凡 达 为 例 子 ， 外 骨 骼 必 须成 为 士 兵 的 机 械 影 子 ， 必 须 能 及 时 地 模 仿 他 的 每 个 动 作 ， 即 使 是 毫 秒 的 迟疑 也 会 造 成 负 担 ， 让 士 兵 感 觉 像 行 走 在 水 中 一 样 费 力 。 因 此 它 的 感 应 器 必须 能 够 以 每 秒 几 千 次 的 速 度 读 懂 施 加 在 它 全 身 的 每 个 轻 微 动 作 ， 它 的 微 处理 器 必 须 足 够 强 大 ， 能 把 这 些 数 据 及 时 转 换 成 指 令 传 送 给 机 械 四 肢 ， 使 它们 与 内 部 穿 着 者 的 行 动 协 调 一 致 ， 并 且 这 过 程 中 操 作 者 的 各 种 没 必 要 的 小动 作 以 及 动 作 过 程 中 的 不 配 合 情 况 ， 还 要 由 电 脑 “ 翻 译 ” 后 以 最 有 效 的 动作 平 滑 地 反 应 到 机 体 上 ； 而 传 动 装 置 ， 传 统 的 液 压 实 在 是 过 于 的 迟 缓 ， 而且 会 增 加 重 量 ， 占 用 空 间 ， 因 此 首 选 的 就 是 类 似 人 工 肌 肉 这 样 的 材 料 ； 最后 是 动 力 ， 动 力 不 一 定 是 蓄 电 池 ， 但 是 肯 定 不 是 柴 油 机 ， 即 便 是 像 AS那 种 大 型 机 器 人 用 的 也 是 性 能 更 优 秀 的 燃 气 涡 轮 引 擎 搭 配 高 电 容 的 电 池 组 。 机 械 外 骨 骼 原 理 是 什 么 ？ 机 械 外 骨 骼 原 理 就 是 用 高 功 率 密 度 的 驱 动 装 置 ， 非 刚 性 连 接 套 装 在 人 体 外 ，辅 助 人 类 肢 体 运 动 。 是 一 种 柔 性 、 智 能 驱 动 系 统 。有 几 个 特 点 ，首 先 ， 在 力 学 传 动 原 理 上 ， 与 汽 车 的 助 力 转 向 系 统 类 似 ； 载 重 汽 车 最 早 使 用液 压 助 力 转 向 系 统 ， 现 在 也 有 液 压 与 机 电 混 合 ， 或 者 单 纯 电 动 的 助 力 转 向系 统 ， 有 的 轿 车 上 也 开 始 采 用 啦 。 通 俗 地 说 ， 就 是 原 来 要 用 100牛 顿 米的 扭 矩 转 动 汽 车 的 方 向 盘 ， 有 了 助 力 装 置 ， 将 可 能 用 10牛 顿 米 的 扭 矩 就可 以 转 动 汽 车 的 方 向 盘 了 。然 后 机 械 外 骨 骼 的 动 力 驱 动 系 统 应 当 非 自 锁 ， 通 俗 地 说 ， 就 是 人 强 制 扭 动 就能 对 抗 助 力 系 统 的 驱 动 ， 避 免 助 力 系 统 非 正 常 驱 动 而 造 成 被 驱 动 人 体 骨 折 。例 如 汽 车 雨 刮 、 汽 车 电 动 锁 、 汽 车 车 窗 驱 动 系 统 ， 一 般 是 采 用 蜗 轮 传 动 副 ，本 身 就 有 自 锁 特 点 ， 简 单 地 说 ， 当 切 断 电 源 ， 就 不 能 用 手 转 动 雨 刮 ， 对 于助 力 系 统 ， 就 将 人 的 姿 态 给 “ 定 格 ” 下 来 了 。 机 械 外 骨 骼 的 动 力 驱 动 系 统 最 难 实 现 的 关 键 是 要 重 量 轻 ， 驱 动 力 矩 大 而 且 非“ 自 锁 ” ， 且 不 说 在 动 力 系 统 的 设 计 上 ， 非 “ 自 锁 ” 的 驱 动 装 置 功 率 密 度 一定 要 远 远 低 于 “ 自 锁 ” 的 驱 动 装 置 ； 这 套 装 置 既 要 能 辅 助 老 年 人 和 运 动 障 碍人 士 搬 运 重 物 、 攀 爬 楼 梯 ， 又 要 求 自 重 轻 ； 同 时 要 求 可 靠 性 高 ， 动 力 寿 命 长 ，简 单 地 说 ， 就 是 平 均 发 生 故 障 的 时 间 长 ， 不 产 生 恶 性 人 体 伤 害 事 故 。以 中 国 一 般 的 工 业 基 础 能 力 ， 一 套 机 械 外 骨 骼 的 总 重 量 低 于 200公 斤 都 困 难 ，所 以 就 没 有 实 用 价 值 。 对 于 非 作 战 的 、 日 常 生 活 实 用 的 机 械 外 骨 骼 系 统 自 身的 重 量 ， 工 业 发 达 国 家 可 以 做 到 50公 斤 的 数 量 级 ， 其 价 格 同 时 也 居 高 不 下 。这 就 是 功 率 密 度 和 功 率 重 量 指 标 。机 械 外 骨 骼 系 统 的 驱 动 系 统 基 本 上 都 是 高 强 度 、 加 工 精 确 、 十 分 耐 磨 、 韧 性 好的 金 属 材 料 ， 碳 纤 维 之 类 的 复 合 材 料 没 有 多 少 用 武 之 地 ， 国 内 的 冶 炼 水 平 差距 巨 大 ； 加 工 的 机 床 设 备 国 内 差 距 也 一 样 遥 远 。 例 如 要 使 用 非 圆 曲 面 的 齿 轮加 工 、 缸 体 研 磨 、 优 秀 的 热 处 理 等 等 先 进 加 工 手 段 。通 常 的 旋 转 电 动 机 驱 动 系 统 、 液 压 动 力 系 统 ， 都 可 以 用 于 机 械 外 骨 骼 ， 从 发 展上 来 看 ， 可 以 是 传 统 的 谐 波 挠 性 传 动 机 构 、 历 史 悠 久 的 记 忆 合 金 、 新 兴 的 人 工 肌 肉 。气 动 机 构 不 适 合 于 应 用 在 这 种 场 合 。 文 库 ：浅 谈 空 气 驱 动 的 下 肢 机 械 外 骨 骼 设 计 .pdf人 口 老 龄 化 已 成 为 当 今 世 界 的 一 个 突 出 的 社 会 问 题 。 退 休 人 口 数 量 增 加 、 人 类寿 命 延 长 及 少 子 化 趋 势 加 速 、 社 会 有 两 个 严 重 问 题 是 劳 动 力 的 匮 乏 和 越 来 越多 的 老 年 人 需 要 年 轻 人 来 照 顾 ， 我 们 需 要 一 种 机 器 用 以 辅 助 体 弱 者 及 中 老 年人 运 动 ， 来 帮 助 这 部 分 人 提 高 他 们 的 自 理 能 力 和 改 善 他 们 的 生 活 质 量 。 单 兵 外 骨 骼 结 构 与 运 动 分 析 .pdf单 兵 外 骨 骼 是 一 种 通 过 穿 戴 在 士 兵 身 上 ,提 高 人 体 负 荷 和 速 度 ,含 有 动 力 源 的 机械 装 置 .由 于 可 以 携 带 更 多 的 重 物 ,并 辅 助 加 快 运 动 速 度 ,因 此 在 现 代 战 争 中 ,如长 距 离 行 走 、 运 送 给 养 、 防 护 等 方 面 ,应 用 前 景 巨 大 ,能 有 效 提 高 士 兵 生 存 几卒 和 作 战 效 率 .本 文 通 过 分 析 机 械 外 骨 骼 技 术 的 结 构 和 运 动 ,探 讨 特 该 技 术 应用 于 现 代 单 兵 装 备 的 理 论 基 础 . 可 穿 戴 式 柔 性 外 骨 骼 人 机 智 能 系 统 可 靠 性 及 应 用 伦 理 问 题 研 究 .pdf近 年 来 ,外 骨 骼 系 统 已 成 为 机 器 人 、 机 电 一 体 化 、 人 工 智 能 等 研 究 领 域 的 热 点 .但 值 得 一 提 的 是 外 骨 骼 系 统 需 要 人 穿 戴 外 骨 骼 进 行 操 作 ,外 骨 骼 任 何 一 个 非理 性 的 动 作 都 可 能 对 操 作 者 造 成 严 重 的 伤 害 .因 此 ,外 骨 骼 系 统 必 须 有 很 高 的可 靠 性 .本 文 提 出 了 可 穿 戴 式 柔 性 外 骨 骼 人 机 智 能 系 统 可 靠 性 设 计 原 则 ,并 建议 对 可 能 引 起 伦 理 争 议 的 系 统 应 用 进 行 约 束 ,基 于 ANSYS的 携 行 式 外 骨 骼 背 架 结 构 研 究 .pdf以 PPS材 料 制 作 的 携 行 式 外 骨 骼 系 统 背 架 结 构 为 研 究 对 象 ,以 60kg为 承 载 负 荷 ,对背 架 结 构 的 无 支 撑 弯 曲 、 人 体 支 撑 弯 曲 、 人 体 支 撑 侧 摆 三 种 工 况 进 行 有 限 元 分 析 ,并 获 得 背 架 结 构 在 各 工 况 下 的 整 体 应 力 分 布 及 特 定 路 径 下 的 应 力 和 变 形分 布 .经 分 析 得 知 ,在 无 支 撑 弯 曲 工 况 下 背 架 结 构 将 产 生 巨 大 的 集 中 应 力 与 变形 ,因 此 应 尽 量 避 免 在 该 工 况 下 进 行 运 动 七 自 由 度 虚 拟 外 骨 骼 运 动 仿 真 研 究 .pdf研 究 人 体 运 动 的 真 实 关 节 状 态 ,针 对 地 面 反 作 用 力 对 外 骨 骼 系 统 的 影 响 ,单 纯 数学 模 型 不 准 确 .为 解 决 上 述 问 题 ,提 出 了 根 据 机 械 模 块 (SimMechanics)的 建 模 方法 .利 用 D-H( Denavit Hartenberg model)运 动 模 型 建 立 外 骨 骼 的 机 械 连 杆 模 型 ,并 作 为 虚 拟 建 模 的 对 象 .引 入 速 度 阈 值 ,解 决 地 面 反 作 用 力 的 不 连 续 问外 骨 骼 机 械 手 臂 的 运 动 分 析 及 伺 服 控 制 .pdf用 三 维 软 件 UG对 外 骨 骼 机 械 手 臂 的 结 构 进 行 设 计 ,根 据 外 骨 骼 机 械 手 臂 结 构 进行 力 学 分 析 以 及 稳 定 性 研 究 ,研 制 一 套 可 穿 戴 的 外 骨 骼 机 械 手 臂 ,可 实 现 手 臂的 负 重 和 残 疾 人 手 臂 的 康 复 训 练 ； 建 立 机 械 手 臂 的 物 理 模 型 ； 研 究 平 衡 阀 和伺 服 换 向 阀 的 工 作 稳 定 特 性 .对 手 臂 控 制 的 稳 定 性 做 一 定 分 析 .研 究 结 果 表 明 ,设 计 的 外 骨 骼 机 械 手 臂 满 足 设 计 要 求 . 外 骨 骼 机 器 人 发 展 趋 势 研 究 .pdf外 骨 骼 机 器 人 实 质 上 是 一 种 可 穿 戴 机 器 人 ,它 将 人 的 智 能 与 外 部 机 械 动 力 装 置 的机 械 能 量 结 合 在 一 起 ,可 以 给 人 提 供 额 外 的 动 力 或 能 力 ,增 强 人 体 机 能 .近 年 来外 骨 骼 机 器 人 的 研 究 开 发 已 经 成 为 一 个 新 的 热 点 ,并 在 军 事 、 科 研 、 工 业 生 产和 日 常 生 活 中 逐 步 得 到 了 广 泛 的 应 用 .随 着 科 技 的 发 展 ,外 骨 骼 机 器 人 技 术 也在 不 断 发 展 与 创 新 ,具 有 广 阔 的 应 用 和 发 展 前 景 , 外 骨 骼 助 力 机 器 人 结 构 设 计 及 动 力 学 仿 真 .pdf采 用 人 机 合 一 的 下 肢 外 骨 骼 助 力 装 置 ,是 未 来 单 兵 提 高 携 行 、 机 动 能 力 的 先 进 方式 ； 而 智 能 化 的 助 力 机 械 结 构 设 计 与 合 理 的 驱 动 选 择 布 置 ,是 确 保 外 骨 骼 助 力机 器 人 可 靠 工 作 的 关 键 .本 文 通 过 对 人 体 结 构 与 人 体 行 走 运 动 机 理 的 分 析 ,进行 外 骨 骼 机 械 结 构 的 初 步 设 计 ,并 从 电 控 、 驱 动 及 结 构 减 重 等 方 面 进 行 考 虑 ,对 外 骨 骼 机 械 结 构 进 行 优 化 设 计 ,并 获 得 三 维 模 携 行 式 外 骨 骼 机 械 结 构 应 力 测 试 试 验 研 究 .pdf以 携 行 式 外 骨 骼 为 研 究 对 象 ,使 用 Ansys软 件 ,建 立 机 械 结 构 的 有 限 元 模 型 ,采 用 自由 度 耦 合 方 法 ,对 铰 点 位 置 进 行 处 理 ,计 算 获 得 其 应 力 结 果 .使 用 静 态 电 阻 应 变仪 ,对 物 理 样 机 进 行 应 力 测 试 .实 验 结 果 表 明 ,实 际 测 试 得 到 的 应 力 结 果 与 有 限元 计 算 结 果 的 吻 合 性 良 好 ,所 得 数 据 真 实 可 信 ,可 为 携 行 式 外 骨 骼 机 械 结 构 的应 力 测 试 提 供 一 种 实 际 应 用 的 方 法机 械 外 骨 骼 在 残 疾 人 辅 具 和 生 活 辅 具 中 的 应 用 .pdf机 械 外 骨 骼 是 一 种 旨 在 通 过 穿 戴 在 人 身 上 (类 似 于 盔 甲 ),全 面 提 高 人 体 各 方 面 的机 能 的 机 械 ,旨 在 帮 助 残 疾 人 恢 复 功 能 以 及 老 年 人 和 运 动 功 能 障 碍 者 改 善 生 活质 量 等 .根 据 是 否 含 有 动 力 源 将 机 械 外 骨 骼 分 为 两 类 ;一 类 含 动 力 源 ,使 用 者 的肢 体 完 全 受 外 骨 骼 控 制 ,属 于 主 动 式 ;另 一 类 不 含 动 力 源 ,由 使 用 者 控 制 自 身 的动 作 ,而 机 械 外 骨 骼 只 需 要 将 每 一 个 动 作 加 以 下 肢 助 力 外 骨 骼 机 构 设 计 与 研 究 .pdf基 于 拉 格 朗 日 法 推 导 了 机 器 人 动 力 学 数 学 模 型 ， 建 立 了 机 器 人 位 置 控 制 模 型 ，并 且 在 MATLAB软 件 中 的 Simulink和 SimMechanics模 块 下 进 行 了 位 置 控 制 仿 真分 析 ， 建 立 了 阻 抗 控 制 模 型 ， 对 机 器 人 进 行 了 控 制 仿 真 分 析 。 设 计 研 制 了 下肢 外 骨 骼 助 力 机 器 人 系 统 的 实 验 样 机 ， 并 基 于 dSPACE半 物 理 仿 真 实 验 平 台对 机 器 人 系 统 进 行 了 实 验 研可 穿 戴 下 肢 助 力 机 器 人 动 力 学 建 模 及 其 控 制 研 究 .pdf可 穿 戴 型 助 力 机 器 人 是 近 年 来 比 较 热 门 的 研 究 领 域 之 一 ， 涉 及 机 构 学 、 机 器 人学 、 人 机 工 程 、 控 制 理 论 、 传 感 技 术 、 信 号 处 理 等 学 科 。 可 穿 戴 型 助 力 机 器人 属 于 外 骨 骼 机 器 人 的 一 种 ， 它 能 将 人 和 机 器 人 二 者 的 优 势 互 补 ， 结 合 人 类的 智 力 与 机 器 人 的 “ 体 力 ” ， 强 调 人 的 智 能 参 与 到 机 器 人 的 助 力 控 制 中 ， 通过 机 器 人 来 完 成 单 靠 人 自 身 能 力 无 法 完 成 的 任 务 。 本 项 研 究外 附 骨 骼 康 复 机 械 手 手 部 的 设 计 与 分 析 .pdf 本 文 研 究 的 外 附 骨 骼 机 械 手 系 统 是 在 参 考 以 往 各 种 外 骨 骼 机 械 手 以 及 康 复 医 学理 论 基 础 上 ， 设 计 一 只 能 够 帮 助 患 者 抓 起 一 个 水 杯 并 能 完 成 喝 水 动 作 的 外 骨骼 机 械 手 。 以 往 应 用 于 康 复 医 学 中 的 外 骨 骼 机 械 手 系 统 的 研 究 ， 主 要 致 力 于辅 助 患 者 完 成 手 部 运 动 ， 如 张 开 和 握 紧 ， 以 达 到 活 动 手 部 肌 肉 ， 完 成 康 复 的目 的 。 本 文 在 本 外 骨 骼 机 械 手 的 设 计 中 ， 加 入 了 一 个 完 成 基 于 柔 性 双 足 信 息 的 助 力 机 器 人 行 走 控 制 方 法 研 究 .pdf可 穿 戴 助 力 机 器 人 是 一 种 人 机 结 合 的 智 能 交 互 系 统 ， 通 过 机 器 人 的 感 知 系 统获 取 人 体 运 动 交 互 信 息 ， 判 断 人 体 运 动 意 图 ， 通 过 控 制 系 统 规 划 机 器 人 运 动轨 迹 ， 发 送 驱 动 命 令 提 供 动 力 。 可 穿 戴 助 力 机 器 人 可 以 增 强 人 体 运 动 能 力 ，扩 展 人 体 运 动 范 围 ， 在 医 疗 ， 科 考 旅 游 、 军 事 等 多 种 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 前景 。 本 论 文 主 要 是 研 究 可 穿 戴 助 力 机 器 人 步 行 运 动 控 制 。下 肢 外 骨 骼 助 力 机 器 人 系 统 研 究基 于 拉 格 朗 日 法 推 导 了 机 器 人 动 力 学 数 学 模 型 ， 建 立 了 机 器 人 位 置 控 制 模 型 ，并 且 在 MATLAB软 件 中 的 Simulink和 SimMechanics模 块 下 进 行 了 位 置 控 制 仿 真分 析 ， 建 立 了 阻 抗 控 制 模 型 ， 对 机 器 人 进 行 了 控 制 仿 真 分 析 。 设 计 研 制 了 下肢 外 骨 骼 助 力 机 器 人 系 统 的 实 验 样 机 ， 并 基 于 dSPACE半 物 理 仿 真 实 验 平 台对 机 器 人 系 统 进 行 了 实 验 研 助 力 机 器 人 传 感 器 信 号 倍 频 算 法 与 髋 关 节 并 联 机 构 控 制 系 统 研 究感 知 系 统 对 人 体 运 动 信 息 的 获 取 是 否 及 时 准 确 将 会 影 响 到 可 穿 戴 机 器 人 的 助 力效 果 。 为 了 改 善 传 感 器 信 号 的 滞 后 性 和 响 应 频 率 不 够 高 的 现 象 ， 本 文 提 出 了一 种 基 于 实 时 预 测 的 传 感 器 信 号 倍 频 算 法 。 该 算 法 综 合 了 预 测 算 法 的 提 早 预见 性 ， 以 及 数 值 插 值 算 法 能 够 对 离 散 信 号 的 光 滑 补 偿 性 的 优 点 ， 不 仅 可 以 实时 地 提 早 获 得 人 体 运 动 意 图 ， 还 可 以 成 倍 地 提 高 传 感 器 信