幾種外骨骼機器人技術詳解

1、外骨骼機器人,1,外骨骼機器人,2,外骨骼機器人：將人的智力和機器人的“體力”完美結合，在助力、助老、助殘及軍事領域有廣闊應用前景,BLEEX外骨骼機器人- 研發(fā)背景,加州大學伯克利分校于2000年在美國國防部“增強人體機能的外骨骼”(EHPA)項目的資助下，研制一種機器骨骼。未來士兵佩戴外骨骼機器人后，將成為一名超級士兵，可攜載更多的武器裝備，火力威力增強，防護水平提高，同時可克服任何障礙，高速前進，不會產生疲勞感。2005年進行外骨

2、骼（BLEEX）樣機試驗測試。,科幻中的超級戰(zhàn)士,佩戴BLEEX的士兵,BLEEX外骨骼- 技術指標,BLEEX有兩個動力擬人腿，單腿有7DOF（髖關節(jié)3DOF，膝關節(jié)1DOF，踝關節(jié)3DOF）連桿采用輕質鈦合金材料混合液動—電動能量供給單元，能源可維持20h持續(xù)工作直線液壓驅動（小巧/輕質/大力）自重38kg，最大負載37kg，最大負載步行速度0.9m/s，無負載步行速度1.3m/s,BLEEX外骨骼- 關鍵技術,擬人化結構設

3、計技術,BLEEX外骨骼- 關鍵技術,BLEEX的關節(jié)與人下肢關節(jié)匹配，連桿長度可調,BLEEX外骨骼- 關鍵技術,BLEEX的受驅動關節(jié)都裝有航空軸承，克服偏軸距和摩擦力的影響，保持小斷面、無間隙和低摩擦特性。BLEEX每條腿裝有40多個不同類型傳感器，實時獲取運動及力等信息。,BLEEX外骨骼- 關鍵技術,依據(jù)傳感器信息，基于最小化人機交互作用設計控制策略，控制BLEEX伴隨人體運動，保證了人體運動的安全、自由。,BLEEX外骨骼

4、- 關鍵技術,混合能量供給單元，液壓驅動關節(jié)運動，電源供給傳感、計算和控制系統(tǒng)；電路采用高速同步環(huán)狀網(wǎng)絡拓撲結構，保證數(shù)據(jù)采集、處理的實時性。,BLEEX外骨骼技術拓展,為市場化BLEXX技術成立的Berkely Bionics公司，研發(fā)了第二代軍用外骨骼ExoHiker?和ExoClimber?,ExoHiker?,ExoClimber?,,為大負載，長時工作設計自重14kg，負載68kg佩戴1磅的電池，以4km/h的速度，行進

5、70km噪聲微小穿戴后不妨礙駕駛車輛,除了大負載和長時特征，可以快速上下臺階/斜坡自重22kg，負載68kg佩戴1磅的電池，在最大負載條件下，至少爬183m斜坡噪聲類似一臺辦公打印機,BLEEX外骨骼技術拓展,Berkely Bionics公司于2009年研發(fā)了第三代軍用外骨骼HULC?,HULC使用者可靈活的進行下蹲、匍伏和上肢舉重自重24kg，最大負載90kg，適用身高1.62m至1.87m的使用者，使用者30s內可以脫

6、下持續(xù)最大速度11km/h，爆發(fā)速度16km/h8塊鋰電池可供HULC工作96小時,HAL外骨骼機器人- 研發(fā)意義,隨著老年人口的增多，助老成為許多國家面臨的關鍵社會問題提高肢體殘疾患者自主生活/工作能力一直是全世界助殘事業(yè)的重點增強體力勞動者的勞動能力，輔助勞動者在危險環(huán)境（如地震災區(qū)）中盡快完成繁重勞動,HAL外骨骼機器人旨在輔助體弱或運動不便人群正常運動；并能增強勞動者體力，提高勞動者的工作效率,HAL外骨骼機器人- 研發(fā)

7、歷程,HAL（Hybrid Assistive Limb）由的山海嘉之教授創(chuàng)立Cyberdyne公司研制。HAL-5于2005年亮相愛知世博會，并獲最佳發(fā)明獎，2012年已有130多家醫(yī)療機構使用，2013年成為世界上首個獲得全球安全認證的外骨骼機器人。,HAL外骨骼機器人- 技術指標,HAL-5是全身型外骨骼系統(tǒng)，高1.6m，重約23kg，下肢約15kg全身共26DOF，每條腿有8DOF充電電池，工作電壓100V連續(xù)工作時間2小

8、時40分實現(xiàn)站、坐、走、蹲及上下臺階等運動最大負載70kg行走速度可達到4km/h使用前，需要30分鐘的訓練,HAL外骨骼機器人- 關鍵技術,電機驅動各個運動關節(jié)，HAL包括EMG電極、足底壓力傳感器、編碼器等多種記錄人機運動狀態(tài)的傳感器，信息傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M行分析處理。,HAL外骨骼機器人- 關鍵技術,HAL通過捕獲激發(fā)人體運動的神經電信號（肌電信號）識別人的運動意圖，基于運動意圖實現(xiàn)自主控制。,HAL外骨骼機器人- 關鍵技

9、術,HAL基于人體運動步態(tài)分析，記憶使用者的運動特征作為參考值，控制外骨骼實現(xiàn)平滑運動。,HAL外骨骼機器人- 關鍵技術,HAL的雙控制系統(tǒng)設計,,,,,步態(tài)參考模型,運動意圖估計,HAL外骨骼機器人- 應用實例,HAL輔助殘疾患者進行康復訓練，提升患者訓練的自主性，提高康復效率，到2013年，已有160套HAL外骨骼在醫(yī)療機構應用于康復訓練測試。,HAL外骨骼機器人- 應用實例,HAL最新產品應用于福島核電站的清理工作，外骨骼可以防止

10、核輻射，極大提高工作效率,HAL外骨骼機器人- 市場分析,HAL康復設備已于2008年市場化，目前僅在日本向公共機構出租，租金每個月US$2000。產品于2013年獲得了全球安全認證，將投入批量化生產，預計前期每年產量500~800套，前期仍以出租的方式投入市場，對其它國家出租價格每月US$1300~US$3900。由于有巨大的市場需求，市場效益十分可觀。,外骨骼機器人- 關鍵技術,外骨骼機器人技術是融合傳感、控制、信息、融合、移動計算

11、,為作為操作者的人提供一種可穿戴的機械機構的綜合技術，核心部分包括以下幾個方面：1、構造材料：外骨骼必須用堅韌、輕質且有彈性的復合材料制成。2、能量源：外骨骼的能量必須足以支持24小時以上，并且便攜、噪聲小。3、控制：使用者在穿上該設備后能夠正?；顒?。4、驅動：設計者必須使機器能夠順暢移動，以便穿用者不會太笨拙。與發(fā)動機一樣，促動器也必須安靜而高效。 5、生物機械學：外骨骼的結構必須像人體一樣帶有可彎曲的關節(jié)。,23,謝 謝！