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1、全副武裝的機(jī)械外骨骼更 新 時(shí) 間 ： 2014-3-11 資 訊 ：3D打 印 機(jī) 械 外 骨 骼 幫 助 癱 瘓 者 重 獲 自 由松 下 將 于 2015年 量 產(chǎn) 商 用 機(jī) 械 外 骨 骼癱 瘓 少 年 穿 戴 機(jī) 械 外 骨 骼 將 為 2014世 界 杯 開 球機(jī) 械 外 骨 骼 從 科 幻 走 到 現(xiàn) 實(shí)Eythor Bender在 TED上 展 示 用 于 戰(zhàn) 爭 和 醫(yī) 療 的 機(jī) 械 外 骨 骼日 本 Cyberdyne公 司 研 發(fā) 人 腦 控 制 的 機(jī) 械 外 骨 骼 HAL 問 答 ：機(jī) 械 外 骨 骼 如 何 解 決 手 指 設(shè) 計(jì) 問 題 ？ 如 果 只 是

2、單 單 使 用 各 種 工 具 武 器 ， 個(gè) 人 覺 得 沒 有 必 要 設(shè) 計(jì) 手 部 在 手 部 加 裝機(jī) 械 對(duì) 手 部 靈 活 速 度 影 響 很 大 ， 比 如 使 用 武 器 扣 動(dòng) 扳 機(jī) 時(shí) 需 要 人 體 的 指令 感 應(yīng) 傳 導(dǎo) 一 系 列 還 有 機(jī) 械 的 反 應(yīng) 輸 出 ， 這 個(gè) 過 程 以 及 精 度 都 對(duì) 手 部 靈 活速 度 影 響 很 大 ， 如 果 樓 主 設(shè) 計(jì) 的 是 機(jī) 器 人 那 我 沒 什 么 可 說 的 但 外 骨 骼 手部 真 心 覺 得 沒 必 要 .以 我 看 來 ， 從 發(fā) 明 機(jī) 械 外 骨 骼 的 初 衷 來 看 是 提 高 士

3、 兵負(fù) 重 能 力 的 ， 若 是 動(dòng) 力 裝 甲 甚 至 還 能 防 小 口 徑 子 彈 ， ， 甚 至 能 防 水 防 電 防輻 射 等 ， 所 以 要 是 我 我 就 放 棄 強(qiáng) 化 手 掌 部 位 盡 量 保 留 手 感 和 靈 敏 度 （ 神槍 手 若 沒 了 手 感 感 覺 也 是 一 般 槍 手 水 平 ） ， 反 正 有 了 外 骨 骼 提 高 負(fù) 重 打 不了 多 背 幾 個(gè) RPG也 一 樣 拉 ， 至 于 放 棄 強(qiáng) 化 手 掌 部 位 就 像 練 了 鐵 砂 掌 雖 然防 御 變 強(qiáng) 了 但 手 感 就 變 差 了 ， 搞 不 好 連 撿 個(gè) 米 粒 大 的 東 西 都

4、 費(fèi) 勁 ， 所 以 戴柔 軟 的 特 殊 材 料 做 的 手 套 再 給 手 背 指 背 弄 上 鋼 化 甲 片 ， 這 樣 不 降 低 手 指 靈活 性 還 能 提 高 點(diǎn) 點(diǎn) 防 御 ， 你 給 手 掌 弄 再 厚 的 裝 甲 也 禁 不 起 大 口 徑 槍 械 攻擊 ， 至 于 想 用 機(jī) 械 外 骨 骼 舉 起 重 物 嘛 。 這 個(gè) 可 以 弄 個(gè) 外 掛 裝 置 ， 就 是 比 如 搬 重 物 時(shí) 不 想 傷 到 手 掌 可 以 給 手 掌 部 位 再 弄 個(gè) 裝 置 保 護(hù) 就 好 了 ， 雷 神 系列 貌 似 手 臂 弄 了 個(gè) 鉤 子 。 機(jī) 械 外 骨 骼 的 受 力 部

5、 位 在 哪 里 ？脊 椎 類 生 物 的 主 要 受 力 點(diǎn) 都 在 腰 部 的 ， 所 以 外 骨 骼 的 腰 部 設(shè) 計(jì) 最 主 要 的 。機(jī) 械 外 骨 骼 在 設(shè) 計(jì) 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 時(shí) 候 都 需 要 注 意 哪 些 問 題 ？ 由 于 機(jī) 械 外 骨 骼 的 受 力 部 分 主 要 是 在 下 肢 ， 因 此 為 了 達(dá) 到 減 輕 負(fù) 重 者 負(fù) 載 從而 節(jié) 省 體 能 的 目 的 ， 就 要 求 所 設(shè) 計(jì) 的 下 肢 必 須 能 夠 承 受 足 夠 強(qiáng) 度 的 壓 力 。因 此 對(duì) 于 機(jī) 械 外 骨 骼 下 肢 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 分 析 與 設(shè) 計(jì) 也 成 為 一

6、 大 熱 點(diǎn) 和 難 點(diǎn) 。下 肢 外 骨 骼 是 一 種 新 型 的 具 有 可 穿 戴 性 能 的 機(jī) 械 裝 置 ,從 人 機(jī) 一 體 化 智 能系 統(tǒng) 理 論 的 觀 點(diǎn) 出 發(fā) ,它 是 一 種 人 主 機(jī) 輔 的 人 機(jī) 一 體 化 系 統(tǒng) 。 國 內(nèi) 有 學(xué) 者研 究 了 這 一 方 向 的 問 題 并 且 指 出 ， 外 骨 骼 結(jié) 構(gòu) 能 夠 穿 著 在 人 的 身 上 ,除 滿足 行 走 需 要 的 基 本 條 件 外 ,還 必 須 考 慮 到 以 下 三 個(gè) 方 面 的 要 求 : 安 全 性 :外 骨 骼 與 人 體 協(xié) 調(diào) 共 處 ,二 者 不 能 發(fā) 生 沖 突 兼

7、 容 性 :外 骨 骼 的 肢 體 幾 何 尺 寸 能 夠 調(diào) 節(jié) ,以 適 應(yīng) 不 同 的 穿 著 者 。 舒 適 性 :增 加 人 機(jī) 接 觸 緩 沖 裝 置 ,提 高 舒 適 性 。 除 此 之 外 ， 也 有 多 種 用 于 輔 助 進(jìn) 行 康 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 的 外 骨 骼 和 上 肢 外 骨 骼 ， 對(duì) 其 相 應(yīng) 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 也 已 取得 較 大 的 進(jìn) 展 。 比 如 ， 為 了 實(shí) 現(xiàn) 遠(yuǎn) 程 控 制 功 能 而 提 出 的 上 肢 外 骨 骼 的 結(jié) 構(gòu)設(shè) 計(jì) 之 一 便 是 采 用 “ 并 聯(lián) 三 自 由 度 ” +“ 四 連 桿 機(jī) 構(gòu) ” +“ 并 聯(lián) 三

8、 自 由 度機(jī) 構(gòu) ” 來 實(shí) 現(xiàn) 外 骨 骼 “ 肩 ” 、 “ 肘 ” 、 “ 腕 ” 關(guān) 節(jié) 的 聯(lián) 動(dòng) 研 究 機(jī) 械 外 骨 骼 在 理 論 研 究 階 段 都 用 哪 些 軟 件 仿 真 ？ 目 前 的 理 論 研 究 主 要 是 基 于 adams仿 真 軟 件 、 solidworks或 Pro/E等 三 維 造 型軟 件 。 通 過 分 別 建 立 適 用 于 身 體 各 個(gè) 部 位 的 各 種 數(shù) 學(xué) 模 型 而 進(jìn) 行 的 運(yùn) 動(dòng) 學(xué)、 動(dòng) 力 學(xué) 分 析 。 為 了 保 證 理 論 分 析 的 準(zhǔn) 確 性 ， 往 往 需 要 建 立 上 肢 、 下 肢 等外 骨 骼 結(jié)

9、 構(gòu) 的 模 型 ， 并 通 過 MATLAB 軟 件 中 的 simulink和 SimMechanics的控 制 運(yùn) 用 ADAMS仿 真 軟 件 對(duì) 這 些 模 型 的 仿 真 模 擬 ， 設(shè) 置 各 項(xiàng) 參 數(shù) 執(zhí) 行 仿真 ， 從 而 獲 得 保 持 外 骨 骼 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 的 運(yùn) 動(dòng) 、 動(dòng) 力 數(shù) 據(jù) 。 現(xiàn) 在 外 骨 骼 機(jī) 器 人 都 應(yīng) 用 在 哪 些 領(lǐng) 域 ？從 技 術(shù) 上 說 ， 外 骨 骼 機(jī) 器 人 是 從 仿 生 的 角 度 實(shí) 現(xiàn) 的 一 種 機(jī) 器 人 ， 其 本 質(zhì) 是 一種 機(jī) 器 人 。 它 可 以 賦 予 穿 戴 外 骨 骼 的 人 部 分 或

10、 全 部 動(dòng) 物 外 骨 骼 所 具 有 的 功能 ， 主 要 包 括 ： 支 撐 功 能 、 保 護(hù) 功 能 、 運(yùn) 動(dòng) 功 能 、 環(huán) 境 感 知 功 能 。 區(qū) 別 于其 他 機(jī) 器 人 ， 外 骨 骼 機(jī) 器 人 是 “ 人 在 回 路 中 ” 的 一 個(gè) 系 統(tǒng) ， 其 操 作 者 也 是控 制 系 統(tǒng) 中 的 一 個(gè) 組 成 部 分 ， 而 且 是 人 主 機(jī) 輔 的 控 制 系 統(tǒng) 。 在 這 個(gè) 系 統(tǒng) 中 ，操 作 者 是 控 制 回 路 的 中 樞 ,處 于 信 息 的 集 成 和 決 策 的 地 位 ， 而 外 骨 骼 則 處于 數(shù) 據(jù) 采 集 扮 演 和 執(zhí) 行 者 的

11、 角 色 。 盡 管 目 前 已 經(jīng) 出 現(xiàn) 了 多 種 外 骨 骼 機(jī) 器 人 ，但 與 理 想 的 外 骨 骼 機(jī) 器 人 還 有 一 定 的 差 距 。 譬 如 ， 外 骨 骼 機(jī) 械 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 和自 由 度 等 都 要 求 與 人 體 的 結(jié) 構(gòu) 和 自 由 度 相 匹 配 、 研 發(fā) 輕 便 、 高 效 的 自 給 能源 裝 置 、 工 作 延 續(xù) 性 、 反 應(yīng) 速 度 等 等 。 隨 著 能 源 、 材 料 和 控 制 技 術(shù) 的 不 斷進(jìn) 步 ， 外 骨 骼 機(jī) 器 人 在 軍 用 和 民 用 方 面 大 有 潛 力 可 挖 。外 骨 骼 機(jī) 器 人 涉 及 機(jī) 械 、

12、電 子 、 控 制 、 計(jì) 算 機(jī) 、 傳 感 器 等 學(xué) 科 領(lǐng) 域 ， 是 多 種高 新 科 技 的 集 成 。 隨 著 科 技 的 不 斷 創(chuàng) 新 與 進(jìn) 步 ， 外 骨 骼 機(jī) 器 人 可 以 逐 步 向智 能 化 、 模 塊 化 、 微 型 化 發(fā) 展 ， 進(jìn) 一 步 提 高 人 機(jī) 耦 合 技 術(shù) ， 其 功 能 也 就 越 強(qiáng) 大 ， 未 來 的 外 骨 骼 機(jī) 器 人 會(huì) 更 加 適 合 操 作 者 。 關(guān) 于 外 骨 骼 機(jī) 器 人 國 外 的 研 究 現(xiàn) 狀 怎 么 樣 啊 ？ 人 體 外 骨 骼 助 力 機(jī) 器 人 起 源 于 美 國 1966年 的 哈 德 曼 助 力

13、機(jī) 器 人 的 設(shè) 想 及 研 發(fā) ，到 今 天 整 體 仍 處 于 研 發(fā) 階 段 ， 能 源 供 給 裝 置 以 及 高 度 符 合 人 體 動(dòng) 作 敏 捷 及準(zhǔn) 確 程 度 要 求 的 控 制 系 統(tǒng) 和 力 的 傳 遞 裝 置 都 有 待 大 力 投 入 研 發(fā) 和 試 驗(yàn) 嘗 試 。以 下 是 近 些 年 有 代 表 性 的 研 究 成 果 。1 日 本 外 骨 骼 機(jī) 器 人 HAL3 它 由 筑 波 大 學(xué) 研 發(fā) ， 功 能 為 ： 幫 助 人 行 走 、 起 立 、坐 下 等 下 肢 動(dòng) 作 的 動(dòng) 力 輔 助 機(jī) 器 機(jī) 器 人 套 裝 （ Robot suit） HAL（

14、 Habrid Assist Legs） ， 該 機(jī) 器 人 主 要 由 無 線 LAN（ 區(qū) 域 網(wǎng) ） 系 統(tǒng) 、 電 池組 、 電 機(jī) 及 減 速 器 、 傳 感 器 （ 地 板 反 應(yīng) 力 傳 感 器 、 表 面 肌 電 傳 感 器 、 角 度傳 感 器 ） 、 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 等 組 成 ， 總 重 約 17千 克 ， 設(shè) 備 較 重 ， 動(dòng) 力 傳 動(dòng) 采 用 電機(jī) -減 速 器 -外 骨 骼 機(jī) 構(gòu) 的 方 法 。 能 夠 根 據(jù) 人 體 的 動(dòng) 作 意 愿 自 動(dòng) 調(diào) 整 裝 置 的助 力 大 小 。 市 場 規(guī) 劃 ： 將 主 要 面 向 高 齡 護(hù) 理 、 殘 疾 人 輔

15、助 、 消 防 及 警 察 等危 險(xiǎn) 作 業(yè) 的 用 途 ， 并 且 加 強(qiáng) 運(yùn) 動(dòng) 娛 樂 用 途 市 場 的 開 發(fā) 力 度 ， 將 針 對(duì) 各 種 用途 進(jìn) 行 HAL的 設(shè) 計(jì) 生 產(chǎn) 。2 以 色 列 ： 外 骨 骼 助 力 裝 置 ReWalk 埃 爾 格 醫(yī) 學(xué) 技 術(shù) 公 司 研 發(fā) 的 ReWalk用 一 副 拐 杖 幫 助 維 持 身 體 平 衡 ， 由 電 動(dòng) 腿 部 支 架 、 身 體 傳 感 器 和 一 個(gè) 背 包組 成 ， 背 包 內(nèi) 有 一 個(gè) 計(jì) 算 器 控 制 盒 以 及 可 再 充 電 的 蓄 電 池 。 使 用 者 可 以 用 遙 控 腰 帶 選 定 某

16、種 設(shè) 置 ， 如 站 、 坐 、 走 、 爬 等 ， 然 后 向 前 傾 ， 激 活 身 體 傳感 器 ， 使 機(jī) 械 腿 處 于 運(yùn) 動(dòng) 之 中 。 主 要 用 來 助 癱 瘓 者 恢 復(fù) 行 走 能 力 。 動(dòng) 力 傳動(dòng) 采 用 電 機(jī) -減 速 器 -外 骨 骼 機(jī) 構(gòu) 的 方 法 ， 運(yùn) 動(dòng) 模 式 主 要 是 裝 置 帶 動(dòng) 人 體 動(dòng)作 ， 裝 置 的 助 力 大 小 由 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 定 ， 不 能 跟 隨 人 的 動(dòng) 作 意 愿 而 隨 時(shí) 改 變 。市 場 規(guī) 劃 主 要 是 針 對(duì) 下 肢 癱 瘓 的 顧 客 進(jìn) 行 產(chǎn) 品 開 發(fā) 。 3 美 國 伯 克 利 大

17、學(xué) 軍 方 合 作 項(xiàng) 目 外 骨 骼 助 力 機(jī) 器 人 士 兵 服該 裝 置 名 為 伯 克 利 低 位 肢 體 外 骨 骼 (Berkeley Lower Extremity EXOSkeleton)或 稱 作布 利 克 斯 (BLEEX)， 是 高 級(jí) 防 御 研 究 工 程 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 出 來 的 ， 嘗 試 將 自 動(dòng) 機(jī) 械 支柱 與 人 的 雙 腿 相 連 ， 以 降 低 負(fù) 重 ， 從 而 使 步 兵 能 夠 在 負(fù) 載 更 重 的 情 況 下 行 進(jìn)更 長 的 路 程 。 這 套 設(shè) 備 主 要 由 燃 料 供 給 及 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 系 統(tǒng) 、 控 制 及 檢 測(cè) 系 統(tǒng)

18、 、 液壓 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 及 外 骨 骼 機(jī) 構(gòu) ， 使 用 這 種 裝 置 的 人 要 通 過 傳 動(dòng) 帶 將 自 身 的 腿 與 機(jī)械 外 骨 骼 的 腿 相 連 ， 背 上 要 背 一 個(gè) 裝 有 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 、 控 制 系 統(tǒng) 的 大 背 包 ， 背 包 中同 時(shí) 還 留 有 承 載 有 效 載 荷 的 空 間 。 動(dòng) 力 傳 動(dòng) 過 程 為 ： 發(fā) 動(dòng) 機(jī) -液 壓 系 統(tǒng) -外 骨 骼機(jī) 構(gòu) 。 該 裝 置 能 平 衡 掉 設(shè) 備 的 自 重 （ 有 50千 克 ） ， 使 人 穿 著 時(shí) 無 負(fù) 載 感 覺 ，且 控 制 系 統(tǒng) 將 保 證 它 的 重 心 始 終 是 在 使

19、用 者 的 雙 腳 上 。 該 裝 置 的 背 包 中 還 可負(fù) 載 32千 克 重 量 。 而 對(duì) 使 用 者 而 言 ， 他 則 只 感 覺 像 是 背 了 2千 克 一 樣 。 這 種 裝置 除 了 幫 助 士 兵 外 ， 還 可 以 協(xié) 助 醫(yī) 療 人 員 將 傷 員 撤 離 開 危 險(xiǎn) 地 區(qū) 或 使 消 防 員能 夠 攜 帶 很 重 的 設(shè) 備 攀 登 上 更 多 的 樓 層 。4 美 國 另 一 個(gè) 軍 事 合 作 項(xiàng) 目 ， 代 表 助 力 外 骨 骼 機(jī) 器 人 最 新 水 平 的 Raytheon Sarcos XOS ， 外 骨 骼 XOS 是 為 了 創(chuàng) 造 出 超 人

20、 的 士 兵 ， 而 由 美 國 國 防 部 高 等 研究 計(jì) 劃 局 （ DARPA） 提 供 了 1000萬 美 元 的 軍 事 研 究 預(yù) 算 ， 經(jīng) 過 7年 秘 密 研 發(fā) 出來 的 ， 代 表 了 機(jī) 械 外 骨 骼 領(lǐng) 域 最 尖 端 的 技 術(shù) 。 它 的 控 制 思 想 同 BLEEX一 樣 ，控 制 系 統(tǒng) 通 過 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 和 微 機(jī) 系 統(tǒng) 判 斷 人 的 下 個(gè) 動(dòng) 作 ， 從 而 決 定 加 給 人 體 多大 的 助 力 及 速 度 ， 并 且 也 是 通 過 液 壓 系 統(tǒng) 將 力 傳 給 外 骨 骼 機(jī) 構(gòu) ， 但 它 是 全 身 武 裝 的 外 骨 骼

21、， 而 BLEEX是 下 肢 外 骨 骼 機(jī) 器 人 。 XOS 動(dòng) 作 較 從 前 的 外 骨骼 設(shè) 備 動(dòng) 作 要 敏 捷 的 多 并 且 強(qiáng) 有 力 。 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(dòng) 作 ， 輸 出 強(qiáng) 大 的 力 量 。 當(dāng) 穿 上 XOS 時(shí) ， 能 舉 起 90.7kg的重 物 而 人 體 感 覺 只 有 9千 克 ， 能 連 續(xù) 舉 50-500次 。 但 目 前 XOS 有 一 個(gè) 重 大缺 陷 ， 就 是 自 帶 的 電 池 只 能 使 用 40分 鐘 ， 如 果 解 決 這 個(gè) 問 題 ， 相 信 很 快

22、就 可以 實(shí) 用 化 。 制 作 機(jī) 械 外 骨 骼 用 什 么 材 料 最 好 ？ 軍 用 鈦 合 金 。 一 般 普 通 鋼 管 ， 鋁 合 金 就 可 以 了 。機(jī) 械 外 骨 骼 機(jī) 器 人 研 制 的 最 大 瓶 頸 是 什 么 ？ 兩 個(gè) 問 題 ， 一 個(gè) 是 動(dòng) 力 ， 然 后 它 還 需 要 小 但 是 功 能 強(qiáng) 大 的 傳 動(dòng) 裝 置 ， 一 套 靈敏 但 是 又 不 能 太 靈 敏 的 動(dòng) 作 控 制 系 統(tǒng) 。 以 阿 凡 達(dá) 為 例 子 ， 外 骨 骼 必 須成 為 士 兵 的 機(jī) 械 影 子 ， 必 須 能 及 時(shí) 地 模 仿 他 的 每 個(gè) 動(dòng) 作 ， 即 使

23、是 毫 秒 的 遲疑 也 會(huì) 造 成 負(fù) 擔(dān) ， 讓 士 兵 感 覺 像 行 走 在 水 中 一 樣 費(fèi) 力 。 因 此 它 的 感 應(yīng) 器 必須 能 夠 以 每 秒 幾 千 次 的 速 度 讀 懂 施 加 在 它 全 身 的 每 個(gè) 輕 微 動(dòng) 作 ， 它 的 微 處理 器 必 須 足 夠 強(qiáng) 大 ， 能 把 這 些 數(shù) 據(jù) 及 時(shí) 轉(zhuǎn) 換 成 指 令 傳 送 給 機(jī) 械 四 肢 ， 使 它們 與 內(nèi) 部 穿 著 者 的 行 動(dòng) 協(xié) 調(diào) 一 致 ， 并 且 這 過 程 中 操 作 者 的 各 種 沒 必 要 的 小動(dòng) 作 以 及 動(dòng) 作 過 程 中 的 不 配 合 情 況 ， 還 要 由 電

24、 腦 “ 翻 譯 ” 后 以 最 有 效 的 動(dòng)作 平 滑 地 反 應(yīng) 到 機(jī) 體 上 ； 而 傳 動(dòng) 裝 置 ， 傳 統(tǒng) 的 液 壓 實(shí) 在 是 過 于 的 遲 緩 ， 而且 會(huì) 增 加 重 量 ， 占 用 空 間 ， 因 此 首 選 的 就 是 類 似 人 工 肌 肉 這 樣 的 材 料 ； 最后 是 動(dòng) 力 ， 動(dòng) 力 不 一 定 是 蓄 電 池 ， 但 是 肯 定 不 是 柴 油 機(jī) ， 即 便 是 像 AS那 種 大 型 機(jī) 器 人 用 的 也 是 性 能 更 優(yōu) 秀 的 燃 氣 渦 輪 引 擎 搭 配 高 電 容 的 電 池 組 。 機(jī) 械 外 骨 骼 原 理 是 什 么 ？ 機(jī)

25、械 外 骨 骼 原 理 就 是 用 高 功 率 密 度 的 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 ， 非 剛 性 連 接 套 裝 在 人 體 外 ，輔 助 人 類 肢 體 運(yùn) 動(dòng) 。 是 一 種 柔 性 、 智 能 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 。有 幾 個(gè) 特 點(diǎn) ，首 先 ， 在 力 學(xué) 傳 動(dòng) 原 理 上 ， 與 汽 車 的 助 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) 類 似 ； 載 重 汽 車 最 早 使 用液 壓 助 力 轉(zhuǎn) 向 系 統(tǒng) ， 現(xiàn) 在 也 有 液 壓 與 機(jī) 電 混 合 ， 或 者 單 純 電 動(dòng) 的 助 力 轉(zhuǎn) 向系 統(tǒng) ， 有 的 轎 車 上 也 開 始 采 用 啦 。 通 俗 地 說 ， 就 是 原 來 要 用 100

26、牛 頓 米的 扭 矩 轉(zhuǎn) 動(dòng) 汽 車 的 方 向 盤 ， 有 了 助 力 裝 置 ， 將 可 能 用 10牛 頓 米 的 扭 矩 就可 以 轉(zhuǎn) 動(dòng) 汽 車 的 方 向 盤 了 。然 后 機(jī) 械 外 骨 骼 的 動(dòng) 力 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 應(yīng) 當(dāng) 非 自 鎖 ， 通 俗 地 說 ， 就 是 人 強(qiáng) 制 扭 動(dòng) 就能 對(duì) 抗 助 力 系 統(tǒng) 的 驅(qū) 動(dòng) ， 避 免 助 力 系 統(tǒng) 非 正 常 驅(qū) 動(dòng) 而 造 成 被 驅(qū) 動(dòng) 人 體 骨 折 。例 如 汽 車 雨 刮 、 汽 車 電 動(dòng) 鎖 、 汽 車 車 窗 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) ， 一 般 是 采 用 蝸 輪 傳 動(dòng) 副 ，本 身 就 有 自 鎖 特 點(diǎn)

27、， 簡 單 地 說 ， 當(dāng) 切 斷 電 源 ， 就 不 能 用 手 轉(zhuǎn) 動(dòng) 雨 刮 ， 對(duì) 于助 力 系 統(tǒng) ， 就 將 人 的 姿 態(tài) 給 “ 定 格 ” 下 來 了 。 機(jī) 械 外 骨 骼 的 動(dòng) 力 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 最 難 實(shí) 現(xiàn) 的 關(guān) 鍵 是 要 重 量 輕 ， 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 大 而 且 非“ 自 鎖 ” ， 且 不 說 在 動(dòng) 力 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 上 ， 非 “ 自 鎖 ” 的 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 功 率 密 度 一定 要 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 低 于 “ 自 鎖 ” 的 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 ； 這 套 裝 置 既 要 能 輔 助 老 年 人 和 運(yùn) 動(dòng) 障 礙人 士 搬 運(yùn) 重 物 、 攀 爬

28、樓 梯 ， 又 要 求 自 重 輕 ； 同 時(shí) 要 求 可 靠 性 高 ， 動(dòng) 力 壽 命 長 ，簡 單 地 說 ， 就 是 平 均 發(fā) 生 故 障 的 時(shí) 間 長 ， 不 產(chǎn) 生 惡 性 人 體 傷 害 事 故 。以 中 國 一 般 的 工 業(yè) 基 礎(chǔ) 能 力 ， 一 套 機(jī) 械 外 骨 骼 的 總 重 量 低 于 200公 斤 都 困 難 ，所 以 就 沒 有 實(shí) 用 價(jià) 值 。 對(duì) 于 非 作 戰(zhàn) 的 、 日 常 生 活 實(shí) 用 的 機(jī) 械 外 骨 骼 系 統(tǒng) 自 身的 重 量 ， 工 業(yè) 發(fā) 達(dá) 國 家 可 以 做 到 50公 斤 的 數(shù) 量 級(jí) ， 其 價(jià) 格 同 時(shí) 也 居 高 不

29、 下 。這 就 是 功 率 密 度 和 功 率 重 量 指 標(biāo) 。機(jī) 械 外 骨 骼 系 統(tǒng) 的 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 基 本 上 都 是 高 強(qiáng) 度 、 加 工 精 確 、 十 分 耐 磨 、 韌 性 好的 金 屬 材 料 ， 碳 纖 維 之 類 的 復(fù) 合 材 料 沒 有 多 少 用 武 之 地 ， 國 內(nèi) 的 冶 煉 水 平 差距 巨 大 ； 加 工 的 機(jī) 床 設(shè) 備 國 內(nèi) 差 距 也 一 樣 遙 遠(yuǎn) 。 例 如 要 使 用 非 圓 曲 面 的 齒 輪加 工 、 缸 體 研 磨 、 優(yōu) 秀 的 熱 處 理 等 等 先 進(jìn) 加 工 手 段 。通 常 的 旋 轉(zhuǎn) 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 、

30、 液 壓 動(dòng) 力 系 統(tǒng) ， 都 可 以 用 于 機(jī) 械 外 骨 骼 ， 從 發(fā) 展上 來 看 ， 可 以 是 傳 統(tǒng) 的 諧 波 撓 性 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 、 歷 史 悠 久 的 記 憶 合 金 、 新 興 的 人 工 肌 肉 。氣 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 不 適 合 于 應(yīng) 用 在 這 種 場 合 。 文 庫 ：淺 談 空 氣 驅(qū) 動(dòng) 的 下 肢 機(jī) 械 外 骨 骼 設(shè) 計(jì) .pdf人 口 老 齡 化 已 成 為 當(dāng) 今 世 界 的 一 個(gè) 突 出 的 社 會(huì) 問 題 。 退 休 人 口 數(shù) 量 增 加 、 人 類壽 命 延 長 及 少 子 化 趨 勢(shì) 加 速 、 社 會(huì) 有 兩 個(gè) 嚴(yán) 重 問 題 是

31、 勞 動(dòng) 力 的 匱 乏 和 越 來 越多 的 老 年 人 需 要 年 輕 人 來 照 顧 ， 我 們 需 要 一 種 機(jī) 器 用 以 輔 助 體 弱 者 及 中 老 年人 運(yùn) 動(dòng) ， 來 幫 助 這 部 分 人 提 高 他 們 的 自 理 能 力 和 改 善 他 們 的 生 活 質(zhì) 量 。 單 兵 外 骨 骼 結(jié) 構(gòu) 與 運(yùn) 動(dòng) 分 析 .pdf單 兵 外 骨 骼 是 一 種 通 過 穿 戴 在 士 兵 身 上 ,提 高 人 體 負(fù) 荷 和 速 度 ,含 有 動(dòng) 力 源 的 機(jī)械 裝 置 .由 于 可 以 攜 帶 更 多 的 重 物 ,并 輔 助 加 快 運(yùn) 動(dòng) 速 度 ,因 此 在 現(xiàn) 代

32、 戰(zhàn) 爭 中 ,如長 距 離 行 走 、 運(yùn) 送 給 養(yǎng) 、 防 護(hù) 等 方 面 ,應(yīng) 用 前 景 巨 大 ,能 有 效 提 高 士 兵 生 存 幾卒 和 作 戰(zhàn) 效 率 .本 文 通 過 分 析 機(jī) 械 外 骨 骼 技 術(shù) 的 結(jié) 構(gòu) 和 運(yùn) 動(dòng) ,探 討 特 該 技 術(shù) 應(yīng)用 于 現(xiàn) 代 單 兵 裝 備 的 理 論 基 礎(chǔ) . 可 穿 戴 式 柔 性 外 骨 骼 人 機(jī) 智 能 系 統(tǒng) 可 靠 性 及 應(yīng) 用 倫 理 問 題 研 究 .pdf近 年 來 ,外 骨 骼 系 統(tǒng) 已 成 為 機(jī) 器 人 、 機(jī) 電 一 體 化 、 人 工 智 能 等 研 究 領(lǐng) 域 的 熱 點(diǎn) .但 值 得 一

33、 提 的 是 外 骨 骼 系 統(tǒng) 需 要 人 穿 戴 外 骨 骼 進(jìn) 行 操 作 ,外 骨 骼 任 何 一 個(gè) 非理 性 的 動(dòng) 作 都 可 能 對(duì) 操 作 者 造 成 嚴(yán) 重 的 傷 害 .因 此 ,外 骨 骼 系 統(tǒng) 必 須 有 很 高 的可 靠 性 .本 文 提 出 了 可 穿 戴 式 柔 性 外 骨 骼 人 機(jī) 智 能 系 統(tǒng) 可 靠 性 設(shè) 計(jì) 原 則 ,并 建議 對(duì) 可 能 引 起 倫 理 爭 議 的 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 進(jìn) 行 約 束 ,基 于 ANSYS的 攜 行 式 外 骨 骼 背 架 結(jié) 構(gòu) 研 究 .pdf以 PPS材 料 制 作 的 攜 行 式 外 骨 骼 系 統(tǒng) 背 架

34、結(jié) 構(gòu) 為 研 究 對(duì) 象 ,以 60kg為 承 載 負(fù) 荷 ,對(duì)背 架 結(jié) 構(gòu) 的 無 支 撐 彎 曲 、 人 體 支 撐 彎 曲 、 人 體 支 撐 側(cè) 擺 三 種 工 況 進(jìn) 行 有 限 元 分 析 ,并 獲 得 背 架 結(jié) 構(gòu) 在 各 工 況 下 的 整 體 應(yīng) 力 分 布 及 特 定 路 徑 下 的 應(yīng) 力 和 變 形分 布 .經(jīng) 分 析 得 知 ,在 無 支 撐 彎 曲 工 況 下 背 架 結(jié) 構(gòu) 將 產(chǎn) 生 巨 大 的 集 中 應(yīng) 力 與 變形 ,因 此 應(yīng) 盡 量 避 免 在 該 工 況 下 進(jìn) 行 運(yùn) 動(dòng) 七 自 由 度 虛 擬 外 骨 骼 運(yùn) 動(dòng) 仿 真 研 究 .pdf研

35、 究 人 體 運(yùn) 動(dòng) 的 真 實(shí) 關(guān) 節(jié) 狀 態(tài) ,針 對(duì) 地 面 反 作 用 力 對(duì) 外 骨 骼 系 統(tǒng) 的 影 響 ,單 純 數(shù)學(xué) 模 型 不 準(zhǔn) 確 .為 解 決 上 述 問 題 ,提 出 了 根 據(jù) 機(jī) 械 模 塊 (SimMechanics)的 建 模 方法 .利 用 D-H( Denavit Hartenberg model)運(yùn) 動(dòng) 模 型 建 立 外 骨 骼 的 機(jī) 械 連 桿 模 型 ,并 作 為 虛 擬 建 模 的 對(duì) 象 .引 入 速 度 閾 值 ,解 決 地 面 反 作 用 力 的 不 連 續(xù) 問外 骨 骼 機(jī) 械 手 臂 的 運(yùn) 動(dòng) 分 析 及 伺 服 控 制 .pdf

36、用 三 維 軟 件 UG對(duì) 外 骨 骼 機(jī) 械 手 臂 的 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) ,根 據(jù) 外 骨 骼 機(jī) 械 手 臂 結(jié) 構(gòu) 進(jìn)行 力 學(xué) 分 析 以 及 穩(wěn) 定 性 研 究 ,研 制 一 套 可 穿 戴 的 外 骨 骼 機(jī) 械 手 臂 ,可 實(shí) 現(xiàn) 手 臂的 負(fù) 重 和 殘 疾 人 手 臂 的 康 復(fù) 訓(xùn) 練 ； 建 立 機(jī) 械 手 臂 的 物 理 模 型 ； 研 究 平 衡 閥 和伺 服 換 向 閥 的 工 作 穩(wěn) 定 特 性 .對(duì) 手 臂 控 制 的 穩(wěn) 定 性 做 一 定 分 析 .研 究 結(jié) 果 表 明 ,設(shè) 計(jì) 的 外 骨 骼 機(jī) 械 手 臂 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 . 外 骨

37、 骼 機(jī) 器 人 發(fā) 展 趨 勢(shì) 研 究 .pdf外 骨 骼 機(jī) 器 人 實(shí) 質(zhì) 上 是 一 種 可 穿 戴 機(jī) 器 人 ,它 將 人 的 智 能 與 外 部 機(jī) 械 動(dòng) 力 裝 置 的機(jī) 械 能 量 結(jié) 合 在 一 起 ,可 以 給 人 提 供 額 外 的 動(dòng) 力 或 能 力 ,增 強(qiáng) 人 體 機(jī) 能 .近 年 來外 骨 骼 機(jī) 器 人 的 研 究 開 發(fā) 已 經(jīng) 成 為 一 個(gè) 新 的 熱 點(diǎn) ,并 在 軍 事 、 科 研 、 工 業(yè) 生 產(chǎn)和 日 常 生 活 中 逐 步 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 .隨 著 科 技 的 發(fā) 展 ,外 骨 骼 機(jī) 器 人 技 術(shù) 也在 不 斷 發(fā) 展

38、與 創(chuàng) 新 ,具 有 廣 闊 的 應(yīng) 用 和 發(fā) 展 前 景 , 外 骨 骼 助 力 機(jī) 器 人 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 及 動(dòng) 力 學(xué) 仿 真 .pdf采 用 人 機(jī) 合 一 的 下 肢 外 骨 骼 助 力 裝 置 ,是 未 來 單 兵 提 高 攜 行 、 機(jī) 動(dòng) 能 力 的 先 進(jìn) 方式 ； 而 智 能 化 的 助 力 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 合 理 的 驅(qū) 動(dòng) 選 擇 布 置 ,是 確 保 外 骨 骼 助 力機(jī) 器 人 可 靠 工 作 的 關(guān) 鍵 .本 文 通 過 對(duì) 人 體 結(jié) 構(gòu) 與 人 體 行 走 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 理 的 分 析 ,進(jìn)行 外 骨 骼 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 初 步 設(shè) 計(jì) ,并

39、 從 電 控 、 驅(qū) 動(dòng) 及 結(jié) 構(gòu) 減 重 等 方 面 進(jìn) 行 考 慮 ,對(duì) 外 骨 骼 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) ,并 獲 得 三 維 模 攜 行 式 外 骨 骼 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 應(yīng) 力 測(cè) 試 試 驗(yàn) 研 究 .pdf以 攜 行 式 外 骨 骼 為 研 究 對(duì) 象 ,使 用 Ansys軟 件 ,建 立 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 有 限 元 模 型 ,采 用 自由 度 耦 合 方 法 ,對(duì) 鉸 點(diǎn) 位 置 進(jìn) 行 處 理 ,計(jì) 算 獲 得 其 應(yīng) 力 結(jié) 果 .使 用 靜 態(tài) 電 阻 應(yīng) 變儀 ,對(duì) 物 理 樣 機(jī) 進(jìn) 行 應(yīng) 力 測(cè) 試 .實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 表 明 ,實(shí) 際 測(cè) 試

40、 得 到 的 應(yīng) 力 結(jié) 果 與 有 限元 計(jì) 算 結(jié) 果 的 吻 合 性 良 好 ,所 得 數(shù) 據(jù) 真 實(shí) 可 信 ,可 為 攜 行 式 外 骨 骼 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的應(yīng) 力 測(cè) 試 提 供 一 種 實(shí) 際 應(yīng) 用 的 方 法機(jī) 械 外 骨 骼 在 殘 疾 人 輔 具 和 生 活 輔 具 中 的 應(yīng) 用 .pdf機(jī) 械 外 骨 骼 是 一 種 旨 在 通 過 穿 戴 在 人 身 上 (類 似 于 盔 甲 ),全 面 提 高 人 體 各 方 面 的機(jī) 能 的 機(jī) 械 ,旨 在 幫 助 殘 疾 人 恢 復(fù) 功 能 以 及 老 年 人 和 運(yùn) 動(dòng) 功 能 障 礙 者 改 善 生 活質(zhì) 量 等 .根

41、 據(jù) 是 否 含 有 動(dòng) 力 源 將 機(jī) 械 外 骨 骼 分 為 兩 類 ;一 類 含 動(dòng) 力 源 ,使 用 者 的肢 體 完 全 受 外 骨 骼 控 制 ,屬 于 主 動(dòng) 式 ;另 一 類 不 含 動(dòng) 力 源 ,由 使 用 者 控 制 自 身 的動(dòng) 作 ,而 機(jī) 械 外 骨 骼 只 需 要 將 每 一 個(gè) 動(dòng) 作 加 以 下 肢 助 力 外 骨 骼 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 研 究 .pdf基 于 拉 格 朗 日 法 推 導(dǎo) 了 機(jī) 器 人 動(dòng) 力 學(xué) 數(shù) 學(xué) 模 型 ， 建 立 了 機(jī) 器 人 位 置 控 制 模 型 ，并 且 在 MATLAB軟 件 中 的 Simulink和 SimMecha

42、nics模 塊 下 進(jìn) 行 了 位 置 控 制 仿 真分 析 ， 建 立 了 阻 抗 控 制 模 型 ， 對(duì) 機(jī) 器 人 進(jìn) 行 了 控 制 仿 真 分 析 。 設(shè) 計(jì) 研 制 了 下肢 外 骨 骼 助 力 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 的 實(shí) 驗(yàn) 樣 機(jī) ， 并 基 于 dSPACE半 物 理 仿 真 實(shí) 驗(yàn) 平 臺(tái)對(duì) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 了 實(shí) 驗(yàn) 研可 穿 戴 下 肢 助 力 機(jī) 器 人 動(dòng) 力 學(xué) 建 模 及 其 控 制 研 究 .pdf可 穿 戴 型 助 力 機(jī) 器 人 是 近 年 來 比 較 熱 門 的 研 究 領(lǐng) 域 之 一 ， 涉 及 機(jī) 構(gòu) 學(xué) 、 機(jī) 器 人學(xué) 、 人 機(jī) 工

43、 程 、 控 制 理 論 、 傳 感 技 術(shù) 、 信 號(hào) 處 理 等 學(xué) 科 。 可 穿 戴 型 助 力 機(jī) 器人 屬 于 外 骨 骼 機(jī) 器 人 的 一 種 ， 它 能 將 人 和 機(jī) 器 人 二 者 的 優(yōu) 勢(shì) 互 補(bǔ) ， 結(jié) 合 人 類的 智 力 與 機(jī) 器 人 的 “ 體 力 ” ， 強(qiáng) 調(diào) 人 的 智 能 參 與 到 機(jī) 器 人 的 助 力 控 制 中 ， 通過 機(jī) 器 人 來 完 成 單 靠 人 自 身 能 力 無 法 完 成 的 任 務(wù) 。 本 項(xiàng) 研 究外 附 骨 骼 康 復(fù) 機(jī) 械 手 手 部 的 設(shè) 計(jì) 與 分 析 .pdf 本 文 研 究 的 外 附 骨 骼 機(jī) 械 手

44、系 統(tǒng) 是 在 參 考 以 往 各 種 外 骨 骼 機(jī) 械 手 以 及 康 復(fù) 醫(yī) 學(xué)理 論 基 礎(chǔ) 上 ， 設(shè) 計(jì) 一 只 能 夠 幫 助 患 者 抓 起 一 個(gè) 水 杯 并 能 完 成 喝 水 動(dòng) 作 的 外 骨骼 機(jī) 械 手 。 以 往 應(yīng) 用 于 康 復(fù) 醫(yī) 學(xué) 中 的 外 骨 骼 機(jī) 械 手 系 統(tǒng) 的 研 究 ， 主 要 致 力 于輔 助 患 者 完 成 手 部 運(yùn) 動(dòng) ， 如 張 開 和 握 緊 ， 以 達(dá) 到 活 動(dòng) 手 部 肌 肉 ， 完 成 康 復(fù) 的目 的 。 本 文 在 本 外 骨 骼 機(jī) 械 手 的 設(shè) 計(jì) 中 ， 加 入 了 一 個(gè) 完 成 基 于 柔 性 雙 足

45、信 息 的 助 力 機(jī) 器 人 行 走 控 制 方 法 研 究 .pdf可 穿 戴 助 力 機(jī) 器 人 是 一 種 人 機(jī) 結(jié) 合 的 智 能 交 互 系 統(tǒng) ， 通 過 機(jī) 器 人 的 感 知 系 統(tǒng)獲 取 人 體 運(yùn) 動(dòng) 交 互 信 息 ， 判 斷 人 體 運(yùn) 動(dòng) 意 圖 ， 通 過 控 制 系 統(tǒng) 規(guī) 劃 機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng)軌 跡 ， 發(fā) 送 驅(qū) 動(dòng) 命 令 提 供 動(dòng) 力 。 可 穿 戴 助 力 機(jī) 器 人 可 以 增 強(qiáng) 人 體 運(yùn) 動(dòng) 能 力 ，擴(kuò) 展 人 體 運(yùn) 動(dòng) 范 圍 ， 在 醫(yī) 療 ， 科 考 旅 游 、 軍 事 等 多 種 領(lǐng) 域 有 著 廣 泛 的 應(yīng) 用 前景 。

46、本 論 文 主 要 是 研 究 可 穿 戴 助 力 機(jī) 器 人 步 行 運(yùn) 動(dòng) 控 制 。下 肢 外 骨 骼 助 力 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 研 究基 于 拉 格 朗 日 法 推 導(dǎo) 了 機(jī) 器 人 動(dòng) 力 學(xué) 數(shù) 學(xué) 模 型 ， 建 立 了 機(jī) 器 人 位 置 控 制 模 型 ，并 且 在 MATLAB軟 件 中 的 Simulink和 SimMechanics模 塊 下 進(jìn) 行 了 位 置 控 制 仿 真分 析 ， 建 立 了 阻 抗 控 制 模 型 ， 對(duì) 機(jī) 器 人 進(jìn) 行 了 控 制 仿 真 分 析 。 設(shè) 計(jì) 研 制 了 下肢 外 骨 骼 助 力 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 的 實(shí) 驗(yàn) 樣 機(jī)

47、 ， 并 基 于 dSPACE半 物 理 仿 真 實(shí) 驗(yàn) 平 臺(tái)對(duì) 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 了 實(shí) 驗(yàn) 研 助 力 機(jī) 器 人 傳 感 器 信 號(hào) 倍 頻 算 法 與 髖 關(guān) 節(jié) 并 聯(lián) 機(jī) 構(gòu) 控 制 系 統(tǒng) 研 究感 知 系 統(tǒng) 對(duì) 人 體 運(yùn) 動(dòng) 信 息 的 獲 取 是 否 及 時(shí) 準(zhǔn) 確 將 會(huì) 影 響 到 可 穿 戴 機(jī) 器 人 的 助 力效 果 。 為 了 改 善 傳 感 器 信 號(hào) 的 滯 后 性 和 響 應(yīng) 頻 率 不 夠 高 的 現(xiàn) 象 ， 本 文 提 出 了一 種 基 于 實(shí) 時(shí) 預(yù) 測(cè) 的 傳 感 器 信 號(hào) 倍 頻 算 法 。 該 算 法 綜 合 了 預(yù) 測(cè) 算 法 的 提 早 預(yù)見 性 ， 以 及 數(shù) 值 插 值 算 法 能 夠 對(duì) 離 散 信 號(hào) 的 光 滑 補(bǔ) 償 性 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 不 僅 可 以 實(shí)時(shí) 地 提 早 獲 得 人 體 運(yùn) 動(dòng) 意 圖 ， 還 可 以 成 倍 地 提 高 傳 感 器 信