外骨骼機器人發(fā)展課件

外骨骼機器人發(fā)展外骨骼機器人發(fā)展主要內(nèi)容助行外骨骼機器人簡介發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)論1主要內(nèi)容助行外骨骼機器人簡介發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢結(jié)論外骨骼機器人發(fā)展課件外骨骼機器人發(fā)展課件外骨骼機器人發(fā)展課件外骨骼機器人發(fā)展課件外骨骼機器人發(fā)展課件外骨骼機器人發(fā)展課件

美國薩克斯公司完成的第一款外骨骼機器人是WEAR。2008年4月,成功研制出外骨骼機器人XOS,如圖所示。外骨骼機器人XOS代表了外骨骼領(lǐng)域最尖端的技術(shù)。它利用附在身體上的傳感器,可以毫不延遲地反應(yīng)身體的動作,輸出強大的力量。當穿上XOS時,能舉起200磅的重物就好像舉20磅的,可以連續(xù)舉50一500次。目前XOS有一個重大缺陷,就是利用自帶的電池只能使用40分鐘。WEAR

XOS外骨骼機器人8美國薩克斯公司完成的第一款外骨骼機器人是WEAR。22005年，日本筑波大學(xué)研制出了世界上第一種商業(yè)全身式外骨骼助行機器人HAL，它的功能主要是幫助老年人和殘疾人走路，爬樓梯及搬東西等。

這款機器人是全身式的外骨骼助力機器人，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)處通過鉸鏈連接并只有1個自由度，利用諧波直流電機驅(qū)動，踝關(guān)節(jié)是被動的。HAL系列的助行外骨骼機器人是通過分析人體表皮肌電信號進行控制的。它擁有兩個控制系統(tǒng)：一個是以肌電信號為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，一個是以步行模式為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。通過分析這兩個系統(tǒng)來判斷使用者的運動意圖。92005年，日本筑波大學(xué)研制出了世界上第一種商業(yè)全身2000年，神奈川理工學(xué)院研制的全身式外骨骼機器人主要用于護士搬運和移動病人等工作，該機器人可以輕松的搬運85kg的病人。機器人是由肩部，手臂，后背，腕部和腿部機械單元組成的。它的驅(qū)動器采用設(shè)置在肩部、腕部和腿部微型旋轉(zhuǎn)氣動驅(qū)動器。

傳感器系統(tǒng)由具有稱重功能的肌肉傳感器?？刂品椒ú捎弥鲝目刂?，各機械單元一旦發(fā)生運動，這運動將被肌肉傳感器檢測到，力度的不同由稱重傳感器的觸頭檢測到，并由氣動驅(qū)動器驅(qū)動關(guān)節(jié)跟隨運動。102000年，神奈川理工學(xué)院研制的全身式外骨骼機器人主以色列埃爾格醫(yī)學(xué)技術(shù)公司研發(fā)外骨骼助行機器人Rewalk，總重18Kg，運動速度是1Km/h，能夠連續(xù)工作8小時。它可以完成行走、站立、坐下、爬樓梯，上坡和下坡等動作。本田電機公司2008年研制了一款步行助力機器人“Walkingassist”總重2Kg的助行機器人有兩個電機驅(qū)動，能夠連續(xù)工作2小時，步行速度達到4.5km/h，它可以幫助單腿受到損傷的穿戴者。RewalkWalkingassist11以色列埃爾格醫(yī)學(xué)技術(shù)公司研發(fā)外骨骼助行機器人Rewal韓國西江大學(xué)研制的外骨骼助行機器人。該外骨骼結(jié)構(gòu)上的顯著特點是整個裝置由外骨骼和手推車兩個部分組成。所有的驅(qū)動元件,包括電池、電機及控制器等較重的周邊設(shè)備都布置在手推車中。

他們采用類似于機電信號的肌纖維膨脹信號,利用綁在大腿和小腿上的氣囊內(nèi)的氣體的壓力變化來測得,而在人腿自由擺動,肌纖維不膨脹時,則利用關(guān)節(jié)處的角度傳感器的信號來觸發(fā)驅(qū)動器的動作。12韓國西江大學(xué)研制的外骨骼助行機器人。該外骨骼美國芝加哥康復(fù)研究所的外骨骼機器人Lokomat。它主要由步態(tài)矯形器、先進的體重支援系統(tǒng)和跑步機組成。

通過直接安裝在動力裝置上的力轉(zhuǎn)換器增加了測量患者活動能力的功能,而且可以使步態(tài)援助水平得到調(diào)整,使導(dǎo)引力從零到最大范圍進行調(diào)節(jié),以適應(yīng)不同使用者腿的鍛煉。13美國芝加哥康復(fù)研究所的外骨骼機器人Lokom國內(nèi)對外骨骼下肢助力機器人的研究開始與20世紀初，目前外骨骼下肢助行機器人的研究正處于起步階段。中科大智能所研究的可穿戴型助行機器人，具有10個自由度，系統(tǒng)利用表皮肌電信號分析穿戴者的運動意圖。浙江大學(xué)研制出了多自由度下肢外骨骼助行機器人，驅(qū)動器使用氣動驅(qū)動，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)驅(qū)動器為圓形氣缸。它可以將足底壓力信號和氣缸的位移控制信號直接關(guān)聯(lián)起來，能夠較好的判斷穿戴者的運動意圖。

14國內(nèi)對外骨骼下肢助力機器人的研究開始與20世紀初上海大學(xué)研制一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人，由外骨骼助行器，減重機構(gòu)和跑步機構(gòu)成。髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)各一個自由度，共六個自由度實現(xiàn)在矢狀面內(nèi)運動，通過反復(fù)的訓(xùn)練來幫助患者逐步恢復(fù)行走能力15上海大學(xué)研制一種下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人，由外骨骼關(guān)鍵技術(shù)1.助行外骨骼機器人的步態(tài)分析與步態(tài)穩(wěn)定性控制步態(tài)分析是人體下肢外骨骼設(shè)計的重要依據(jù)和工具。由于人體下肢外骨骼跟隨人體下肢一起運動,輔助操作者承載,首先考慮的就是下肢外骨骼應(yīng)與操作者具有協(xié)調(diào)一致的動作,與人體下肢具有相同的自由度和運動形式。因此,分析人體下肢自由度、研究人體步態(tài)是設(shè)計下肢外骨骼實現(xiàn)行走的基礎(chǔ)。2.助行外骨骼機器人多傳感器的選擇與信息融合

傳感器是實現(xiàn)自動控制的首要環(huán)節(jié)。下肢外骨骼機器人的傳感器就如同人的神經(jīng)一樣重要,通過他們感知獲取操作者以及外骨骼的各種運動及數(shù)據(jù),才使得整個系統(tǒng)能夠按照預(yù)期的目標運動。16關(guān)鍵技術(shù)1.助行外骨骼機器人的步態(tài)分析與步態(tài)穩(wěn)定性控制163.助行外骨骼機器人的控制系統(tǒng)與兩足行走機器人的控制不同,下肢外骨骼機器人不僅要考慮對機構(gòu)本身的控制,還要在控制策略上考慮與使用者的相適應(yīng)問題。下肢外骨骼機器人必須能夠同步跟隨使用者的動作,能夠加強使用者的力量并模仿人類的各種動作,包括戰(zhàn)場上的前后左右移動躲閃,故控制算法比較復(fù)雜。4.助行外骨骼機器人的驅(qū)動方式與能源驅(qū)動方式的合理選擇對下肢外骨骼機器人的結(jié)構(gòu)和性能也有很大的影響。下肢外骨骼通常采用的驅(qū)動方式有三種電機驅(qū)動,液壓驅(qū)動,氣壓驅(qū)動。三種驅(qū)動方式各有優(yōu)缺點，應(yīng)用時需要根據(jù)實際分析選擇。

173.助行外骨骼機器人的控制系統(tǒng)17發(fā)展趨勢現(xiàn)有的下肢外骨骼機器人還存在以下幾方面的問題體積大,重量重,噪音大，對地面的適應(yīng)性和運動的靈活性還需進一步提高，與使用者的步態(tài)還不完全協(xié)調(diào)，能源的重量較重而且不耐用。基于以上問題和下肢外骨骼機器人的應(yīng)用背景,其未來發(fā)展呈現(xiàn)出以下幾個趨勢：1.智能化2.人機耦合3.模塊化4.微型化18發(fā)展趨勢現(xiàn)有的下肢外骨骼機器人還存在以下幾結(jié)論

助行外骨骼機器人作為一種新興的技術(shù)，在民用和軍用領(lǐng)域都具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。隨著科技的不斷發(fā)展，外