几种外骨骼机器人技术详解整理版.ppt

外骨骼机器人 * 外骨骼机器人 * 外骨骼机器人：将人的智力和机器人的“体力”完美结合，在助力、助老、助残及军事领域有广阔应用前景 BLEEX外骨骼机器人- 研发背景 加州大学伯克利分校于2000年在美国国防部“增强人体机能的外骨骼”(EHPA)项目的资助下，研制一种机器骨骼。未来士兵佩戴外骨骼机器人后，将成为一名超级士兵，可携载更多的武器装备，火力威力增强，防护水平提高，同时可克服任何障碍，高速前进，不会产生疲劳感。2005年进行外骨骼（BLEEX）样机试验测试。 科幻中的超级战士 佩戴BLEEX的士兵 BLEEX外骨骼- 技术指标 BLEEX有两个动力拟人腿，单腿有7DOF（髋关节3DOF，膝关节1DOF，踝关节3DOF） 连杆采用轻质钛合金材料 混合液动—电动能量供给单元，能源可维持20h持续工作 直线液压驱动（小巧/轻质/大力） 自重38kg，最大负载37kg，最大负载步行速度0.9m/s，无负载步行速度1.3m/s BLEEX外骨骼- 关键技术 拟人化结构设计技术 人步行时的 最大值 BLEEX的最大值 男性军人平均最大值 踝关节弯曲 14.1° 45° 35° 踝关节伸展 20.6° 45° 38° 踝关节外展 无效 20° 23° 踝关节内收 无效 20° 24° 膝关节弯曲 73.5° 121° 159° 髋关节弯曲 32.2° 121° 125° 髋关节伸展 22.5° 10° 无效 髋关节外展 7.9° 16° 53° 髋关节内收 6.4° 16° 31° 外侧完全旋转 13.2° 35° 73° 内侧完全旋转 1.6° 35° 66° BLEEX外骨骼- 关键技术 BLEEX的关节与人下肢关节匹配，连杆长度可调 BLEEX外骨骼- 关键技术 BLEEX的受驱动关节都装有航空轴承，克服偏轴距和摩擦力的影响，保持小断面、无间隙和低摩擦特性。 BLEEX每条腿装有40多个不同类型传感器，实时获取运动及力等信息。 BLEEX外骨骼- 关键技术 依据传感器信息，基于最小化人机交互作用设计控制策略，控制BLEEX伴随人体运动，保证了人体运动的安全、自由。 BLEEX外骨骼- 关键技术 混合能量供给单元，液压驱动关节运动，电源供给传感、计算和控制系统； 电路采用高速同步环状网络拓扑结构，保证数据采集、处理的实时性。 BLEEX外骨骼技术拓展 为市场化BLEXX技术成立的Berkely Bionics公司，研发了第二代军用外骨骼ExoHiker?和ExoClimber? ExoHiker? ExoClimber? 为大负载，长时工作设计 自重14kg，负载68kg 佩戴1磅的电池，以4km/h的速度，行进70km 噪声微小 穿戴后不妨碍驾驶车辆 除了大负载和长时特征，可以快速上下台阶/斜坡 自重22kg，负载68kg 佩戴1磅的电池，在最大负载条件下，至少爬183m斜坡 噪声类似一台办公打印机 BLEEX外骨骼技术拓展 Berkely Bionics公司于2009年研发了第三代军用外骨骼HULC? HULC使用者可灵活的进行下蹲、匍伏和上肢举重 自重24kg，最大负载90kg，适用身高1.62m至1.87m的使用者，使用者30s内可以脱下 持续最大速度11km/h，爆发速度16km/h 8块锂电池可供HULC工作96小时 HAL外骨骼机器人- 研发意义 随着老年人口的增多，助老成为许多国家面临的关键社会问题 提高肢体残疾患者自主生活/工作能力一直是全世界助残事业的重点 增强体力劳动者的劳动能力，辅助劳动者在危险环境（如地震灾区）中尽快完成繁重劳动 HAL外骨骼机器人旨在辅助体弱或运动不便人群正常运动；并能增强劳动者体力，提高劳动者的工作效率 HAL外骨骼机器人- 研发历程 HAL（Hybrid Assistive Limb）由的山海嘉之教授创立Cyberdyne公司研制。HAL-5于2005年亮相爱知世博会，并获最佳发明奖，2012年已有130多家医疗机构使用，2013年成为世界上首个获得全球安全认证的外骨骼机器人。 HAL外骨骼机器人- 技术指标 HAL-5是全身型外骨骼系统，高1.6m，重约23kg，下肢约15kg 全身共26DOF，每条腿有8DOF 充电电池，工作电压100V 连续工作时间2小时40分 实现站、坐、走、蹲及上下台阶等运动 最大负载70kg 行走速度可达到4km/h 使用前，需要30分钟的训练 HAL外骨骼机器人- 关键技术 电机驱动各个运动关节，HAL包括EMG电极、足底压力传感器、编码器等多种记录人机运动状态的传感器，信息传输到中央处理器进行分析处理。 HAL外骨骼机器人- 关键技术 HAL通过捕获激发人体运动的神经电信号（肌电信号）识别人的运动意图，基于运动意图实现自主控制。 HAL外骨骼机