外骨骼机器人

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一页，共三十四页。,从生物学的角度上来讲，一般是把虾、蟹、昆虫等,节肢动物,体表坚韧的几丁质的骨骼称为,(chn wi),外骨骼 ，,它有保护和支持作用。有时也指软体动物的贝壳和,棘皮动物石灰质的板和棘。 节肢动物的体表覆盖,着坚硬的体壁。体壁由三部分组成：表皮细胞层，,基膜和角质层。表皮细胞层由一层活细胞组成，它,向内分泌形成一层薄膜，叫做基膜，向外分泌形成,厚的角质层。角质层除了能防止体内水分蒸发和保,护内部构造外，还能与内壁所附着的肌肉共同完成,各种运动，跟脊椎动物体内的骨骼有相似的作用，,因此被叫做外骨骼。,第二页，共三十四页。,钢铁侠,中的可穿戴,(chundi),装甲,第三页，共三十四页。,电影,(dinyng),阿凡达,中的机甲战士,第四页，共三十四页。,未来,(wili),警察,中的人形装甲,第五页，共三十四页。,电影,特种部队之眼镜蛇的崛起,中的加速,(ji s),装甲,第六页，共三十四页。,第七页，共三十四页。,外骨骼机器人,概念：,外骨骼,本指,昆虫,或,甲壳类动物,身体外表的骨骼，具有支撑和保护作用，而军工企业却因此受到启发，根据,仿生学原理,，利用特殊材料,(cilio),制成机械化装置套在士兵身体上，以增强士兵的负重、机动和打击能力。,一旦佩戴外骨骼机器人，将成为一名,“超级”,士兵，力量将放大,10,几倍，可携载更多的武器装备，武器威力增强，防护水平提高，同时可克服任何障碍，高速前进，不会让士兵产生疲劳感。,第八页，共三十四页。,外骨骼机器人的设计,(shj),要求：,1,、可穿戴性：,外骨骼要具有良好的可穿戴性。不需要经,过专业训练即可非常容易、顺利而快速地穿脱。,2,、可调节性：,外骨骼应能适应各种身材,(shnci),的士兵穿着，其,长度及宽度方向都应能调节以适应高、矮、胖、瘦不同的,士兵。,3,、相互干扰小：,尽量减小对人体数据的测量，减小人,与外骨骼的直接接触面，减小之间的相互干扰，从而减小,对人体各方面的限制。,4,、轻巧：,要求外骨骼尽量轻巧、舒适，减小总体质量，,节省能源。,第九页，共三十四页。,5,、鲁棒性：,包括以下几个方面：,外骨骼材料要坚固,使其能足以负担重物。各执行机构与控制算法要有好的,性能，确保外骨骼各项功能准确、可靠、及时地实现。,机构强度要足以应付士兵的任何战术动作带来的冲击载,荷。,6,、柔顺、舒适性：,下肢外骨骼的运动与人腿的运动要,具有很好的协调性。其结构、自由度的配置要与人体结构,与自由度相匹配。使穿着者感觉柔顺自然，不会有大的干,扰，外骨骼脚落地,(lu d),时的冲击要小，尽量让穿着者感觉舒,适。,7,、待机时间：,要保证能长时间地提供外骨骼运动的能,源供应，能源装置要尽量的轻便，确保士兵长距离行军。,8,、降低成本：,在能够实现功能的情况下尽量降低产品,成本。,第十页，共三十四页。,外骨,骼,骼机,器,器人,的,的设,计,计,(shj),结构,外骨,骼,骼机,器,器人,在,在人,的,的控,制,制,下负,重,重行,走,走,人提,供,供思,维,维、,判断,、,、决,策,策和,控,控制,能,能力,;,外,骨骼,发,发挥,其,其强,劲,劲的,承,承载,能,能,力,人机,合,合一,协调,合,合作,共,同完,成,成行,军,军,(x,ngjn),、侦,察,察、,单,单兵,作战,等,等任,务,务。,因,因此,它包,括,括,外骨,骼,骼脚,、,、行,走,走跨,步,步的,两,两,条腿,、,、实,现,现转,身,身的,腰,腰部,、,、,托放,行,行李,的,的后,背,背架,以及,能,能,量控,制,制单,元,元等,部,部分,(,右图,为,为,下肢,外,外骨,骼,骼总,体,体结,构,构,),。,第十,一,一页,，,，共,三,三十,四,四页,。,。,外骨,骼,骼设,计,计,(shj),结构,示,示意,图,图,第十,二,二页,，,，共,三,三十,四,四页,。,。,外骨,骼,骼机,器,器机,器,器人,系,系统,下,下肢,控制,原,原理,：,：其,机,机械,结,结构,由,由与,人类,同,同步,行,行走,的,的两,条,条金,属,属的,腿、,将,将重,力,力传,递,递到,地,地面,的,的,脚、,能,能够,实,实现,转,转身,动,动作,的,的腰,部以,及,及放,置,置重,物,物的,后,后背,托,托架,四部,分,分组,成,成，,其,其中,包,包括,传,传,感、,动,动力,输,输出,装,装置,及,及执,行,行元,件、,控,控制,系,系统,以,以及,能,能源,系,系统,等都,是,是实,现,现外,骨,骨骼,与,与士,兵,兵共,同完,成,成负,重,重行,军,军,(x,ngjn),任务,所,所不,可,可,缺少,的,的。,第十,三,三页,，,，共,三,三十,四,四页,。,。,外骨,骼,骼系,统,统工,作,作,(g,ngzu),原理,装备,外,外骨,骼,骼的,士,士兵,在,在此,套,套系,统,统的,帮,帮助,下,下能,够,够轻,松,松实,现,现负,重,重,长途,行,行军,，,，跋,涉,涉于,车,车辆,不,不易,行,行驶,的,的路,面,面，,完,完成,侦,侦察,、,、作,战,战,等任,务,务。,外,外骨,骼,骼与,士,士兵,人,人机,合,合一,，,，人,提,提供,智,智慧,，,，外,骨,骨骼,提,提,供承,载,载能,力,力，,即,即所,谓,谓的,“,“人,在,在回,路,路中,”,”，,充,充分,发,发挥,人,人与,机,机,器各,自,自的,优,优势,。,。外,骨,骨骼,全,全身,布,布置,了,了传,感,感器,，,，通,过,过安,装,装在,各,各,部位,的,的传,感,感器,获,获得,各,各项,数,数据,（,（包,括,括各,种,种能,量,量及,角,角度,以,以及,扭,扭,矩等,）,）并,传,传递,到,到中,央,央控,制,制处,理,理器,，,，中,央,央控,制,制处,理,理器,经,经过,计,计,算来,调,调整,外,外骨,骼,骼的,动,动作,，,，通,过,过驱,动,动装,置,置,(zhu,ngzh),使,其,其,完,完,成,成,与,与,士,士,兵,兵,相,相,同,的,的,一,一,系,系,列,列,下,下,肢,肢,动,动,作,作,。,。,下,下,肢,肢,外,外,骨,骨,骼,骼,工,工,作,作,原,原,理,理,如,如,下,下,图,图,：,：,第,十,十,四,四,页,页,，,，,共,共,三,三,十,十,四,四,页,页,。,。,第,十,十,五,五,页,页,，,，,共,共,三,三,十,十,四,四,页,页,。,。,外,骨,骨,骼,骼,控,控,制,制,(k,ngzh,),方,法,法,外,骨,骨,骼,骼,机,机,器,器,人,人,和,和,其,其,他,他,机,机,器,器,人,人,的,的,最,大,大,区,区,别,别,在,在,于,于,它,它,的,的,操,操,作,作,者,者,是,是,人,，,，,而,而,不,不,是,是,机,机,器,器,，,，,操,操,作,作,者,者,处,处,于,于,回,路,路,(hu,l,),中,，,，,即,即,“,“,人,人,在,在,回,回,路,路,(hu,l,),中,（,ManinLoop,）,”,”,，,，,操,操,作,作,者,者,与,与,外,骨,骨,骼,骼,具,具,有,有,实,实,实,实,在,在,在,在,的,的,物,物,理,理,接,接,触,，,，,形,形,成,成,了,了,一,一,个,个,人,人,机,机,耦,耦,合,合,的,的,一,一,体化系,统,统。人,机,机耦合,系,系统的,控,控,制目的,是,是使人,和,和机器,能,能够协,调,调,地工作,。,。现在,世,世界各,国,国研制,的,的,外骨骼,机,机器人,控,控制方,法,法如下,：,：,第十六,页,页，共,三,三十四,页,页。,1,、操作,者,者控制,(kngzh),有些外,骨,骨骼中,是,是用于,康,康复中,心,心的，,它,它有外,部,部能源,驱动的,步,步态矫,正,正装置,。,。这些,装,装置主,要,要是下,肢,肢外骨,骼，用,于,于支撑,重,重量，,对,对操作,者,者进行,下,下肢康,复,复训练,。,。,这些装,置,置的命,令,令信号,一,一般来,自,自于健,康,康的肢,体,体。例,如，由,Yano,设计的,外,外骨骼,中,中使用,了,了一个,开,开关和,地,地面,反作用,力,力传感,器,器，通,过,过操作,者,者的控,制,制，驱,动,动髋关,节,节,运动，,改,改变脚,底,底离开,地,地面的,距,距离。,这,这种方,法,法的缺,点,点,是，操,作,作者的,上,上肢只,能,能用来,发,发布命,令,令，而,不,不能进,行,行,其他的活动,，,，并且操作,者,者必须连续,不,不停地发布,命,命,令，不仅,(bjn),浪费了体力,，,，而且操作,者,者的运动也,变,变得很,不自然。,第十七页，,共,共三十四页,。,。,2,、,肌电控制,(kngzh),1851,年法国科学,家,家,Dubois-Reymond,首次提出肌,肉,肉传感的,问题，如今,，,，肌电信号,（,（,electromyograms,，,EMGs,）模型,已经从线性,模,模型发展到,非,非线性模型,，,，广泛应用,到,到肌电传感,器的设计和,应,应用中。,Rosen,研究了基于,EMG,信号驱动的,手,手,臂外骨骼系,统,统。试验表,明,明操作者可,以,以用很小的,力,力就可以操,作外部负载,。,。下肢外骨,骼,骼中最成功,的,的应用,EMG,信号的是,日本的,HAL,，,HAL,采用,EMG,信号来辨识,人,人的运动意,识,识，,它考虑了人,腿,腿具有的粘,性,性特性和弹,性,性特性，基,于,于阻抗控制,方法研究了,HAL,的粘性特性,的,的控制，对,肌,肌肉的粘弹,性,性特,性进行了深,入,入的分析，,使,使得穿上,HAL,的操作者运,动,动起来,(q l,i),感,觉非常舒适,。,。肌电传感,有,有其自身的,优,优点和缺点,。,。传感器每,次都要贴到,人,人体表面，,使,使用不方便,。,。,第十八页，,共,共三十四页,。,。,3,、预编程控,制,制,(kngzh),有些外骨骼,装,装置通过预,先,先编好的程,序,序来运行，,操,操作者,只能进行有,限,限的干预。,下,下肢运动矫,正,正,(jiozhng),装置用来帮,助,助瘫痪者,恢复运动能,力,力。装置的,运,运动轨迹是,预,预先编程设,计,计好的，设,计时根据正,常,常人的运动,步,步态来设计,并,并有所改动,以,以适应于矫,正装置。,有源步态矫,正,正装置,是针对那些,腿,腿部受到物,理,理损伤,的患者设计,的,的，通过预,先,先编好的程,序,序，控制机,械,械关节模拟,正常人的行,走,走步态，带,动,动患者运动,，,，帮助患者,进,进行行走训,练的康复装,置,置设计了一,些,些预先编好,程,程序的运动,，,，同时，通,过安装在脚,底,底的力传感,器,器来计算应,该,该分配在每,个,个关节上的,力矩。,Colombo,的步态矫正,器,器同样是一,个,个位置控制,装,装置，,程序控制参,数,数（如步幅,、,、速度）可,以,以根据患者,的,的不同进行,调节。所有,这,这些基于程,序,序控制的康,复,复矫正装置,都,都需要患者,使用手杖,或,或者额外,的,的辅助框,架,架来保持,操,操作者行,走,走的稳定,，,，,而且现的,运,运动形式,也,也十分有,限,限。,第十九页,，,，共三十,四,四页。,4,、主从,(zhcng),控制,主从控制,一,一般用于,远,远程机器,人,人操作系,统,统，目的,是,是令远,方的机器,模,模拟操作,者,者的动作,。,。为了,(wile),能连续不,断,断地捕获,人,人体,的运动，,操,操作者必,须,须穿戴一,套,套主外骨,骼,骼装置。,这,这种方法,的,的,目标是通,过,过反馈，,控,控制机器,的,的关节角,度,度跟踪相,应,应的人体,的,的,关节角度,。,。这种控,制,制方法不,仅,仅要控制,终,终端的位,置,置和方向,，,，,而且要控,制,制整个装,置,置的姿态,。,。,Hardiman,采用的就,是,是主从,控制方法,，,，具有,30,个自由度,，,，用于增,强,强人的负,荷,荷能力。,内部的外,骨,骨骼是“,主,主”，由,操,操作者控,制,制，为外,部,部的“从,”,”,外骨骼提,供,供命令。,在,在主从控,制,制方法中,，,，人必须,能,能从初始,位,位,置移动到,一,一个期望,的,的位置才,能,能带动外,骨,骨骼运动,。,。因此，,必,必,须有两个,外,外骨骼：,一,一个是主,外,外骨骼，,穿,穿戴在人,身,身上用于,记,记,录人的关,节,节角度和,肢,肢体环节,的,的位置和,方,方向；一,个,个是外部,的,的,从外骨骼,，,，用来模,仿,仿人的运,动,动，同时,背,背负负荷,。,。使得系,统,统,的设计变,得,得相当复,杂,杂。,第二十页,，,，共三十,四,四页。,5,、,直接,(zhji),力反馈控,制,制,在机器人,力,力控制系,统,统中可以,采,采用力传,感,感器的反,馈,馈信息,将机器与,其,其周围环,境,境之间的,力,力维持在,一,一个预先,定,定义的水,平。在外,骨,骨骼系统,中,中，操作,者,者和外骨,骼,骼之间的,力,力也可以,被,被,控制，使,操,操作者不,会,会感受到,外,外骨骼的,存,存在。,Kazerooni,和,Hayashibara,分别采用,了,了直接力,反,反馈控制,方,方法,(fngf),来控制用,于,于,增强人的,举,举重能力,的,的上肢能,量,量辅助臂,。,。控制的,目,目标不是,控,控,制人和机,器,器在接触,点,点上的力,达,达到一个,预,预先设定,的,的值，而,是,是,控制人施,加,加在负荷,上,上的力成,比,比例的减,小,小。在这,种,种控制方,法,法,中，机器,用,用来承载,负,负荷，人,则,则感受到,一,一个成比,例,例下降的,负,负,荷。在力,反,反馈控制,方,方法中，,人,人和机器,的,的所有接,触,触点都必,须,须,通过力传,感,感器来测,量,量，但实,际,际上却很,难,难实现，,因,因此，力,传,传,感器的安,装,装数量和,位,位置就必,须,须经过仔,细,细验证。,例,例如，传,感,感,器的数量,必,必须要大,于,于或者等,于,于外骨骼,的,的最大自,由,由度数。,传,传,感器的安,装,装位置应,该,该是人们,习,习惯于感,受,受接触力,的,的部位。,第二十一,页,页，共三,十,十四页。,6,、地面,(dmin),反作用力,控,控制,广义的地,面,面反作用,力,力（,GRF,）控制是,一,一种区别,于,于传统的,机,机,器人控制,方,方法的控,制,制策略（,作,作用在一,点,点上的广,义,义力包含,作,作,用在这个,点,点上的力,和,和通过这,个,个点作用,在,在环节上,的,的力矩）,。,。,从直观上,来,来说，在,步,步态过程,中,中，除了,重,重力之外,，,，,GRF,是惟,一一个作,用,用在人身,上,上的外力,和,和力矩，,并,并且这个,广,广义力是,在,在,运动过程,中,中推动系,统,统质心移,动,动的惟一,力,力。这使,我,我们联想,到,到,是,否,否,可,可,以,以,通,通,过,过,控,控,制,制,外,外,骨,骨,骼,骼,的,的,GRF,来,控,控,制,制,外,外,骨,骨,骼,骼,。,。,由,由,于,于,外,外,骨,骨,骼,的,的,质,质,量,量,特,特,性,性,与,与,人,人,的,的,质,质,量,量,特,特,性,性,相,相,似,似,，,，,所,所,以,以,如,如,果,果,外,外,骨,骨,骼,骼,的,的,地,地,面,反,反,作,作,用,用,力,力,与,与,人,人,的,的,地,地,面,面,反,反,作,作,用,用,力,力,相,相,似,似,，,，,则,则,外,外,骨,骨,骼,骼,就,就,可,可,以,以,与,与,人,同,同,步,步,行,行,走,走,(x,ngz,u),。,应,应,用,用,GRF,控,制,制,律,律,必,必,须,须,测,测,量,量,人,人,的,的,地,地,面,面,反,反,作,作,用,用,力,力,和,外,外,骨,骨,骼,骼,的,的,地,地,面,面,反,反,作,作,用,用,力,力,。,。,且,且,系,系,统,统,所,所,有,有,的,的,运,运,动,动,特,特,性,性,都,都,需,需,要,要,被,测,测,量,量,，,，,并,并,且,且,必,必,须,须,精,精,确,确,的,的,知,知,道,道,人,人,和,和,外,外,骨,骨,骼,骼,的,的,动,动,态,态,模,模,型,型,，,，,这,这,些,都,都,是,是,比,比,较,较,困,困,难,难,的,的,。,。,第,二,二,十,十,二,二,页,页,，,，,共,共,三,三,十,十,四,四,页,页,。,。,7,、,ZMP,控制,(kngzh),新加坡,南,南洋理,工,工大学,采,采用下,肢,肢轨迹,跟,跟踪和,零,零力矩,点,点,ZMP,（,ZeroMomentPoint,）控制,的,的方法,设,设计了,一,一套下,肢,肢能量,增,增,强外骨,骼,骼。通,过,过在人,腿,腿上安,装,装的角,度,度传感,器,器测量,人,人体,(rnt),的位,置信号,，,，控制,外,外骨骼,的,的腿跟,踪,踪人腿,的,的运动,轨,轨迹，,然,然后，,通,通,过控制,外,外骨骼,的,的,ZMP,保持外,骨,骨骼的,稳,稳定。,在,在行走,过,过程中,，,，,只有,ZMP,的轨迹,保,保持在,支,支撑区,域,域，才,能,能保持,步,步态的,稳,稳定。,在一个,完,完整的,步,步态中,，,，处于,单,单支撑,阶,阶段时,，,，支撑,脚,脚的,GCP,就是外,骨,骨骼的,ZMP,，在双,支,支撑阶,段,段时，,ZMP,的位置,是,是两个,支,支,撑脚的,位,位置的,函,函数。,在,在控制,过,过程中,通,通过测,量,量人的,ZMP,，作,为外骨,骼,骼的,ZMP,的参考,输,输入，,控,控制外,骨,骨骼的,ZMP,跟踪人,的,的,ZMP,。一旦,外,外骨骼,的,的,ZMP,的偏离,人,人的,ZMP,，就通,过,过髋关,节,节处,的驱动,器,器，控,制,制外骨,骼,骼的躯,干,干对外,骨,骨骼的,ZMP,进行补,偿,偿，,保持其,与,与人的,ZMP,的一致,。,。缺点,是,是，必,须,须在人,体,体上安,装,装角,度传感,器,器，作,为,为外骨,骼,骼的位,置,置参考,，,，使用,起,起来不,方,方便。,第二十,三,三页，,共,共三十,四,四页。,8,、灵敏,度,度放大,(fngd,),控制,传统的,骨,骨骼服,机,机器人,需,需要在,操,操作者,和,和骨骼,服,服之间,安,安置,大量的,传,传感器,来,来测量,人,人机之,间,间的交,互,互,(ji,oh,),信息，,大,大大降,低,低了操,作者的,舒,舒适度,。,。灵敏,度,度放大,控,控制（,SensitivityAmplification,Control,，,SAC,）方法,则,则不需,要,要在人,机,机之间,安,安装任,何,何传感,器，同,时,时又能,控,控制骨,骼,骼服跟,随,随操作,者,者的运,动,动。该,方,方法中,，,，,将人施,加,加的力,到,到外骨,骼,骼输出,的,的传递,函,函数定,义,义为灵,敏,敏度函,数，控,制,制的目,标,标就是,通,通过控,制,制器的,设,设计使,得,得该灵,敏,敏度函,数,数,最大化,，,，则可,以,以实现,用,用很小,的,的力就,能,能改变,外,外骨骼,的,的位置,。,。,但是，,灵,灵敏度,控,控制方,法,法严格,依,依赖于,系,系统的,动,动态模,型,型，而,骨,骨,骼服是,一,一个多,刚,刚体、,多,多自由,度,度的非,线,线性系,统,统，想,要,要建立,其,其,准确的,数,数学模,型,型十分,困,困难。,第二,十,十四,页,页，,共,共三,十,十四,页,页。,起源,：,：,外骨,骼,骼机,器,器人,的,的技,术,术起,源,源于,美国,1966,年的,哈,哈德,曼,曼助,力,力机,器,器人,的设,想,想及,研,研发,。,。但,是,是直,到,到今,天,天这,项,项技,术,术仍,处,处于,研,研发,阶,阶段,，,，并,没,没有,装,装备,军,军队,。,。其,中,中有,些,些技,术,术还,没,没有,完,完善,。,。例,如,如：,能,能源,供,供给,装,装置,以,以及,高,高度,(g,od),符合,人,人体,动,动作,的,的复,杂,杂、,敏,敏捷,及,及准,确,确要,求,求的,控,控制,系,系统,和,和力,的,的传,递,递装,置,置等,。,。目,前,前世,界,界各,国,国都,在,在大,力,力研,发,发和,试,试验,该,该项,技,技术,。,。,第二,十,十五,页,页，,共,共三,十,十四,页,页。,世界,各,各国,外,外骨,骼,骼的,发,发展,(f,zhn),状况,勇士,-21,外骨,骼,骼系,统,统，,是,是俄,罗斯,可,可穿,戴,戴式,外,外骨,骼,骼机,械,械作,战服,。,。,2009,年,10,月,27,日，,俄,俄,国防,部,部第,3,中央,研,研究,所,所所,长,长,弗拉,基,基米,尔,尔,博伊,科,科宣,布,布，,他们,将,将斥,资,资,3500,万美,元,元在,2015,年前,开,开发,出,出“,勇,勇士,-21”,可,穿戴,式,式外,骨,骨骼,机,机械,作,作战,服,服，,它能,让,让步,兵,兵在,携,携带,重,重物,(zhnw,),的情,况下,高,高速,飞,飞奔,，,，在,动,动力,耗,耗尽,时快,速,速脱,下,下。,这,这将,有,有效,提,提高,传统,步,步兵,的,的战,斗,斗力,，,，并,给,给俄,陆军,带,带来,革,革命,性,性转,变,变。,第二,十,十六,页,页，,共,共三,十,十四,页,页。,XOS,外骨,骼,骼系,统,统是,SteveJacobsen,博士,的得,意,意之,作,作，,是,是为,了,了创,造,造出,超,超人,的,的士,兵，,而,而由,美,美国,国,国防,部,部高,等,等研,究,究计,划,划局,提,提,供了,1000,万美,元,元的,军,军事,研,研究,预,预算,，,，经,过,7,年秘,密,密研,发,发出,来,来的,，,，代,表,表了,机,机械,(j,xi),外,骨骼,领,领域,最,最尖,端,端的,技,技术,。,。这,项,项研,究,究在,高,高,级研,究,究计,划,划署,的,的资,金,金支,持,持下,开,开始,迅,迅速,发,发,展。,XOS,的控,制,制思,想,想同,伯,伯克,利,利低,位,位肢,体,体,外骨,骼,骼,(BLEEX),一样,，,，控,制,制系,统,统通,过,过检,测系,统,统和,微,微机,系,系统,判,判断,人,人的,下,下个,动,动作,，,，,从而,决,决定,加,加给,人,人体,多,多大,的,的助,力,力及,速,速度,，,，,并且,也,也是,通,通过,液压,系,系统将力,传,传给,外,外骨,骼,骼,机构,，,，但,它,它是,全,全身,武,武装,的,的外,骨,骨骼,，,，利,用,用,附在,身,身体,上,上的传感,器,器,，可,以,以毫,不,不延,迟,迟地,反应,身,身体,的,的动,作,作，,输,输出,强,强大,的,的力,量,量。,但,但,目前,“,“,XOS”,有一,个,个重,大,大缺,陷,陷，,就,就是,XOS,还要,拖,拖着,一,一条,电,电线,才,才行,，,，而,自,自带,的,的,电池,只能,使,使用,40,分钟,，,，如,果,果解,决,决这,个,个问,题,题，,相信,很,很快,就,就可,以,以实,用,用化,。,。,第二,十,十七,页,页，,共,共三,十,十四,页,页。,HULC,外骨,骼,骼机,器,器人,：,：,美国防务,巨,巨头,洛,洛克,希,希德,马丁,公,公司,测,测试,新一,代,代“,人,人类,负,负重,外,外骨,骼,骼”,（,（,HULC,）系,统。,该,该系,统,统是,一,一种,模,模仿,人,人体,结,结构,特,特点,设,设,计的外,穿,穿型机,械,械骨骼,，,，内部,配,配备有,液,液压,传动装,置,置和可,像,像关节,一,一样弯,曲,曲的结,构,构设,计，不,但,但能够,(nngg,u),直立行,进,进，还,可,可完成,下,下蹲,和匍匐,等,等多种,相,相对复,杂,杂的动,作,作。动,力,力源,为两块,总,总重量,3.6,公斤的,锂,锂聚合,物,物电池,充满电,后,后可保,证,证穿着,者,者以,4.8,公里,/,小时,的速度,背,背负,90,公斤重,物,物持续,行,行进一,个,个小,时。而,穿,穿着外,骨,骨骼的,奔,奔跑冲,刺,刺速度,可,可达,到,16,公里,/,小时。,HULC,装备有,更,更加先,进,进,的软件,、,、并采,用,用适用,度,度更广,的,的设计,。,。这,种外骨,骼,骼系统,可,可配备,不,不同型,号,号的装,甲,甲钢,板、,制冷,/,加热系,统,统,和传感,器,器。性,能,能先,进，但,HULC,系统的,控,控制并,不,不复杂,，,，先进,的便携,式,式微型,计,计算机,可,可以让,这,这种外,骨,骨骼,与士兵,们,们的运,动,动保持,协,协调一,致,致,。,第二十,八,八页，,共,共三十,四,四页。,大力神,可,可穿戴,式,式外骨,骼,骼,该項目,由,由,法國武,器,器裝備,總,總署,制,定，這,種,種外骨,骼,骼能夠,輔,輔助士,兵,兵,增強其,在,在戰場,上,上的負,重,重能力,和,和持,久作戰,能,能力。,獨,獨特之,處,處在於,不,不採,用無線,電,電控制,，,，系统,能,能夠自,動,動探,測到肢,體,體運動,，,，隨後,根,根據支,持,持意,圖代替,穿,穿戴者,執,執行這,一,一動作,。,。與,其他競,爭,爭項目,不,不同的,是,是，大,力,力神,外骨骼,採,採用專,利,利技術,，,，具備,出,出色,的性能,，,，使,用,用者可,攜,攜帶,100,千克,重物，,其,其電池,可,可使穿,戴,戴者以,4,千米,/,小時的,速,速度,(sd),行進大,約,約,20,千米。,該,該,外骨骼,的,的應用,範,範圍廣,泛,泛，包,括,括：,幫助消,防,防隊員,、,、特種,部,部隊和,步,步兵,將重物,運,運送至,指,指定地,區,區；在,醫,醫療,領域為,殘,殘疾患,者,者提供,幫,幫助；,在,在建,築和後,勤,勤領域,用,用於運,送,送重物,。,。,第二十,九,九页，,共,共三十,四,四页。,救援机,器,器人,T52Enryu,T52Enryu,重量近,5,吨，身,高,高,达到,3,米。它非,常,常强劲，,可,可以,帮助救援,人,人员清理,(qngl),路面上的,碎片。,T52Enryu,可以在任,何灾害的,救,救援工作,中,中派上用,场，例如,地,地震。它,靠,靠液压驱,动，也被,称,称之为“,超,超级救援,机器人”,，,，能举起,近,近,1,吨的,重物，机,械,械臂则可,以,以完成所,有类型的,动,动作。,T52,由日本,公司,Tmsuk,于,1994,年,3,月设,计，而后,在,在长冈技,术,术科学大,学接受测,试,试。测试,中,中，它成,功从雪堆,上,上举起一,辆,辆汽车。,第三十页,，,，共三十,四,四页。,外,骨,骨骼机器,人,人套装,日本筑波,大,大学,Cybernics,实验室,，,，总部,(zn, b),位于东京,东,东北部，,以,以研发机,器,器人为主,要,要,业务。先,前,前，它推,出,出过一款,帮,帮助人行,走,走,的外骨骼,机,机器人套,装,装，,2011,年,11,月日,推出升级,款,款“混合,协,协助肢”,，,，即,。,一份企业,声,声明说，,这,这一套装,可,可以帮助,核,核,能工作人,员,员更轻松,地,地行走、,工,工作，后,者,者,在强辐射,环,环境下往,往,往需要身,穿,穿公,斤,斤,重的钨材,料,料防辐射,服,服。,这款套装,中,中的传,感器可以,监,监测人体,大,大脑传递,给,给肌肉的,电,电,信号，从,而,而预见和,支,支持人体,的,的行动。,“新,款,机,机器人套,装,装可以承,受,受钨材料,防,防,辐射服的,重,重量，帮,助,助穿着者,在,在不感觉,到,到,负担的状,况,况下工作,，,，降低在,严,严酷环境,下,下,工作的风,险,险，使人,们,们可以在,灾,灾难之初,展,展,开修复行,动,动。”尚,不,不知晓这,一,一新款套,装,装是,否会用于,福,福岛第一,核,核电站清,理,理工作。,但,但,是先前，,这,这家企业,已,已把老款,套,套装租借,给,给,了上百家,医,医院和其,他,他福利机,构,构。,第三十一,页,页，共三,十,十四页。,外骨骼机,器,器人技术,的,的未来展,望,望 ：,人类使用,的,的外骨骼,助,助力机器,人,人，其中,可,可用在三,大,大方面，,即,即军事、,民用,(,工程、救,援,援等,),、医疗。,可以说助,力,力机器的,本,本质就是,将,将人类,本身的力,量,量和动作,速,速度放大,几,几倍甚至,上,上千倍。,本,本次探讨,的,的外骨骼,机器人技,术,术是这个,本,本质的直,接,接体现，,结,结合现在,的,的研究进,展,展和人类,的生存需,要,要，我们,可,可以展望,将,将来的技,术,术发展要,达,达到助力,设,设备就像,我们人类,穿,穿戴的衣,服,服一样不,仅,仅不会对,人,人了本身,的,的动作构,成,成阻碍，,还能根据,人,人的大脑,意识,将人的目,标,标动作（,力,力量及速度,）放大到,需,需,要的目标,值,值，比如,人,人自身不,能,能抬起一,辆,辆小型汽,车,车，但穿,戴,戴外骨骼,服装后单,独,独,(dnd),的个体就,能,能顺利的,举,举起这辆,汽,汽车，并,且,且还要能,举,举着它,走或跑着,运,运动起来,。,。将来应,用,用的领域,，,，由可以,看,看出，未,来,来的外,骨骼助力,装,装置能应,用,用在包括,军,军事、矿,产,产、工业,、,、医疗等,等,等很多方,面，由于,未,未来需要,人,人体的机,能,能不断提,升,升，甚至,要,要远远超,越,越自身极,限，外骨,骼,骼助力设,备,备会显得,格,格外重要,，,，最终成,为,为必不可,少,少的产品,。,。,第三十二,页,页，共三,十,十四页。,目前在我,国,国，针对,外,外骨骼技,术,术的,研究处于,起,起步阶段,，,，但起点,高,高，,发展比较,迅,迅速。其,中,中，清华,大,大,学、浙江,大,大学、上,海,海交通大,学,学、,哈尔滨工,业,业大学、,西,西安交通,大,大,学、天津,大,大学、河,北,北工业大,学,学、,中科院合,肥,肥智能机,械,械研究所,等,等相,关科研机,构,构，正在,开,开展外骨,骼,骼技,术相关研,究,究工作。,浙,浙江大学,流,流体,传动与控,制,制国家重,点,点实验室,从,从上,世纪,90,年代开始,(kish),致力于人,机,机一体,化理论研,究,究，并逐,步,步衍生出,人,人机,智能柔性,外,外骨骼技,术,术研究，,研,研制,了气动下,肢,肢助力外,骨,骨骼，卒,中,中和,偏瘫病人,上,上肢、下,肢,肢运动康,复,复训,练外骨骼,系,系统等。,第三十三,页,页，共三,十,十四页。,内容,(nirng),总结,从生物学,的,的角度上,来,来讲，一,般,般是把虾,、,、蟹、昆,虫,虫等。它,考,考虑了人,腿,腿具有的,粘,粘性特性,和,和弹性特,性,性，基于,阻,阻抗控制,。,。性进行,了,了深入的,分,分析，使,得,得穿上HAL的操,作,作者运动,起,起来感。,制,制人和机,器,器在接触,点,点上的力,达,达到一个,预,预先设定,的,的值，而,是,是。广义,(gungy),的地面反,作,作用力（GRF）,控,控制是一,种,种区别于,传,传统的机,。,。最大化,，,，则可以,实,实现用很,小,小的力就,能,能改变外,骨,骨骼的位,置,置。目前,“,“XOS,”,”有一个,重,重大缺陷,，,，就是XOS。机,器,器人技术,是,是这个本,质,质的直接,体,体现，结,合,合现在的,研,研究进展,和,和人类,第三十四,页,页，共三,十,十四页。,