幾種外骨骼機(jī)器人技術(shù)詳解

1、外骨骼機(jī)器人,1,外骨骼機(jī)器人,2,外骨骼機(jī)器人：將人的智力和機(jī)器人的“體力”完美結(jié)合，在助力、助老、助殘及軍事領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景,BLEEX外骨骼機(jī)器人- 研發(fā)背景,加州大學(xué)伯克利分校于2000年在美國(guó)國(guó)防部“增強(qiáng)人體機(jī)能的外骨骼”(EHPA)項(xiàng)目的資助下，研制一種機(jī)器骨骼。未來(lái)士兵佩戴外骨骼機(jī)器人后，將成為一名超級(jí)士兵，可攜載更多的武器裝備，火力威力增強(qiáng)，防護(hù)水平提高，同時(shí)可克服任何障礙，高速前進(jìn)，不會(huì)產(chǎn)生疲勞感。2005年進(jìn)行外骨

2、骼（BLEEX）樣機(jī)試驗(yàn)測(cè)試。,科幻中的超級(jí)戰(zhàn)士,佩戴BLEEX的士兵,BLEEX外骨骼- 技術(shù)指標(biāo),BLEEX有兩個(gè)動(dòng)力擬人腿，單腿有7DOF（髖關(guān)節(jié)3DOF，膝關(guān)節(jié)1DOF，踝關(guān)節(jié)3DOF）連桿采用輕質(zhì)鈦合金材料混合液動(dòng)—電動(dòng)能量供給單元，能源可維持20h持續(xù)工作直線液壓驅(qū)動(dòng)（小巧/輕質(zhì)/大力）自重38kg，最大負(fù)載37kg，最大負(fù)載步行速度0.9m/s，無(wú)負(fù)載步行速度1.3m/s,BLEEX外骨骼- 關(guān)鍵技術(shù),擬人化結(jié)構(gòu)設(shè)

3、計(jì)技術(shù),BLEEX外骨骼- 關(guān)鍵技術(shù),BLEEX的關(guān)節(jié)與人下肢關(guān)節(jié)匹配，連桿長(zhǎng)度可調(diào),BLEEX外骨骼- 關(guān)鍵技術(shù),BLEEX的受驅(qū)動(dòng)關(guān)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(wú)間隙和低摩擦特性。BLEEX每條腿裝有40多個(gè)不同類型傳感器，實(shí)時(shí)獲取運(yùn)動(dòng)及力等信息。,BLEEX外骨骼- 關(guān)鍵技術(shù),依據(jù)傳感器信息，基于最小化人機(jī)交互作用設(shè)計(jì)控制策略，控制BLEEX伴隨人體運(yùn)動(dòng)，保證了人體運(yùn)動(dòng)的安全、自由。,BLEEX外骨骼

4、- 關(guān)鍵技術(shù),混合能量供給單元，液壓驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，電源供給傳感、計(jì)算和控制系統(tǒng)；電路采用高速同步環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)采集、處理的實(shí)時(shí)性。,BLEEX外骨骼技術(shù)拓展,為市場(chǎng)化BLEXX技術(shù)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(fù)載，長(zhǎng)時(shí)工作設(shè)計(jì)自重14kg，負(fù)載68kg佩戴1磅的電池，以4km/h的速度，行進(jìn)

5、70km噪聲微小穿戴后不妨礙駕駛車輛,除了大負(fù)載和長(zhǎng)時(shí)特征，可以快速上下臺(tái)階/斜坡自重22kg，負(fù)載68kg佩戴1磅的電池，在最大負(fù)載條件下，至少爬183m斜坡噪聲類似一臺(tái)辦公打印機(jī),BLEEX外骨骼技術(shù)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(jìn)行下蹲、匍伏和上肢舉重自重24kg，最大負(fù)載90kg，適用身高1.62m至1.87m的使用者，使用者30s內(nèi)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(shí),HAL外骨骼機(jī)器人- 研發(fā)意義,隨著老年人口的增多，助老成為許多國(guó)家面臨的關(guān)鍵社會(huì)問(wèn)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(diǎn)增強(qiáng)體力勞動(dòng)者的勞動(dòng)能力，輔助勞動(dòng)者在危險(xiǎn)環(huán)境（如地震災(zāi)區(qū)）中盡快完成繁重勞動(dòng),HAL外骨骼機(jī)器人旨在輔助體弱或運(yùn)動(dòng)不便人群正常運(yùn)動(dòng)；并能增強(qiáng)勞動(dòng)者體力，提高勞動(dòng)者的工作效率,HAL外骨骼機(jī)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(ài)知世博會(huì)，并獲最佳發(fā)明獎(jiǎng)，2012年已有130多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用，2013年成為世界上首個(gè)獲得全球安全認(rèn)證的外骨骼機(jī)器人。,HAL外骨骼機(jī)器人- 技術(shù)指標(biāo),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(shí)間2小

8、時(shí)40分實(shí)現(xiàn)站、坐、走、蹲及上下臺(tái)階等運(yùn)動(dòng)最大負(fù)載70kg行走速度可達(dá)到4km/h使用前，需要30分鐘的訓(xùn)練,HAL外骨骼機(jī)器人- 關(guān)鍵技術(shù),電機(jī)驅(qū)動(dòng)各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)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(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳感器，信息傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M(jìn)行分析處理。,HAL外骨骼機(jī)器人- 關(guān)鍵技術(shù),HAL通過(guò)捕獲激發(fā)人體運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)電信號(hào)（肌電信號(hào)）識(shí)別人的運(yùn)動(dòng)意圖，基于運(yùn)動(dòng)意圖實(shí)現(xiàn)自主控制。,HAL外骨骼機(jī)器人- 關(guān)鍵技

9、術(shù),HAL基于人體運(yùn)動(dòng)步態(tài)分析，記憶使用者的運(yùn)動(dòng)特征作為參考值，控制外骨骼實(shí)現(xiàn)平滑運(yùn)動(dòng)。,HAL外骨骼機(jī)器人- 關(guān)鍵技術(shù),HAL的雙控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),,,,,步態(tài)參考模型,運(yùn)動(dòng)意圖估計(jì),HAL外骨骼機(jī)器人- 應(yīng)用實(shí)例,HAL輔助殘疾患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，提升患者訓(xùn)練的自主性，提高康復(fù)效率，到2013年，已有160套HAL外骨骼在醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)用于康復(fù)訓(xùn)練測(cè)試。,HAL外骨骼機(jī)器人- 應(yīng)用實(shí)例,HAL最新產(chǎn)品應(yīng)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(jī)器人- 市場(chǎng)分析,HAL康復(fù)設(shè)備已于2008年市場(chǎng)化，目前僅在日本向公共機(jī)構(gòu)出租，租金每個(gè)月US$2000。產(chǎn)品于2013年獲得了全球安全認(rèn)證，將投入批量化生產(chǎn)，預(yù)計(jì)前期每年產(chǎn)量500~800套，前期仍以出租的方式投入市場(chǎng)，對(duì)其它國(guó)家出租價(jià)格每月US$1300~US$3900。由于有巨大的市場(chǎng)需求，市場(chǎng)效益十分可觀。,外骨骼機(jī)器人- 關(guān)鍵技術(shù),外骨骼機(jī)器人技術(shù)是融合傳感、控制、信息、融合、移動(dòng)計(jì)算

11、,為作為操作者的人提供一種可穿戴的機(jī)械機(jī)構(gòu)的綜合技術(shù)，核心部分包括以下幾個(gè)方面：1、構(gòu)造材料：外骨骼必須用堅(jiān)韌、輕質(zhì)且有彈性的復(fù)合材料制成。2、能量源：外骨骼的能量必須足以支持24小時(shí)以上，并且便攜、噪聲小。3、控制：使用者在穿上該設(shè)備后能夠正?；顒?dòng)。4、驅(qū)動(dòng)：設(shè)計(jì)者必須使機(jī)器能夠順暢移動(dòng)，以便穿用者不會(huì)太笨拙。與發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，促動(dòng)器也必須安靜而高效。 5、生物機(jī)械學(xué)：外骨骼的結(jié)構(gòu)必須像人體一樣帶有可彎曲的關(guān)節(jié)。,23,謝 謝！