幾種外骨骼機器人技術詳解

幾種外骨骼機器人技術詳解目前一頁\總數(shù)二十二頁\編于四點2外骨骼機器人外骨骼機器人：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目前二頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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年進行外骨骼（BLEEX）樣機試驗測試?？苹弥械某墤?zhàn)士佩戴BLEEX的士兵目前三頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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目前四頁\總數(shù)二十二頁\編于四點BLEEX外骨骼-關鍵技術擬人化結構設計技術人步行時的最大值BLEEX的最大值男性軍人平均最大值踝關節(jié)彎曲14.1°45°35°踝關節(jié)伸展20.6°45°38°踝關節(jié)外展無效20°23°踝關節(jié)內收無效20°24°膝關節(jié)彎曲73.5°121°159°髖關節(jié)彎曲32.2°121°125°髖關節(jié)伸展22.5°10°無效髖關節(jié)外展7.9°16°53°髖關節(jié)內收6.4°16°31°外側完全旋轉13.2°35°73°內側完全旋轉1.6°35°66°目前五頁\總數(shù)二十二頁\編于四點BLEEX外骨骼-關鍵技術BLEEX的關節(jié)與人下肢關節(jié)匹配，連桿長度可調目前六頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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。目前七頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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。目前八頁\總數(shù)二十二頁\編于四點BLEEX外骨骼-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。目前九頁\總數(shù)二十二頁\編于四點BLEEX外骨骼技術拓展為市場化BLEXX技術成立的BerkelyBionics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目前十頁\總數(shù)二十二頁\編于四點BLEEX外骨骼技術拓展BerkelyBionics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小時目前十一頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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目前十二頁\總數(shù)二十二頁\編于四點HAL外骨骼機器人-研發(fā)歷程HAL（HybridAssistiveLimb）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。目前十三頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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分鐘的訓練目前十四頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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。目前十五頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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(jīng)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。目前十六頁\總數(shù)二十二頁\編于四點HAL外骨骼機器人-關鍵技術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。目前十七頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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目前十八頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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。目前十九頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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，外骨骼可以防止核輻射，極大提高工作效率目前二十頁\總數(shù)二十二頁\編于四點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。目前二十一頁\總數(shù)二十二頁\編于四點外骨骼機器人-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,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、