可穿戴式机器人

1、CompanyLOGO可 穿 戴 式 机 器 人Wearable Robot作者：李泽翔作者：李泽翔可穿戴式机器人可穿戴式机器人电影中的场景电影中的场景v很早就有科幻小说小说提及穿戴在人体外表、具备动力的特殊装甲，借以提高人类的战斗力，这样的装备即被称作可穿戴机器人。v阿凡达中的机器人阿凡达中的机器人 科技科技可穿戴式可穿戴式机器人机器人Wearable Robot阿凡达中的重型装甲外骨骼机器人阿凡达中的重型装甲外骨骼机器人可穿戴式机器人可穿戴式机器人电影中的场景电影中的场景v钢铁侠钢铁侠中的可穿戴式机器人中的可穿戴式机器人Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人基本信息基本信

2、息1概念概念是指套在人体外面的机器人，也称是指套在人体外面的机器人，也称“外骨骼机器人外骨骼机器人”。2技术技术传感、控制、信息、融合、移动计算传感、控制、信息、融合、移动计算3作用作用为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。4研制方面研制方面在研制方面主要美国和日本在研制方面主要美国和日本颇见成效颇见成效Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人简介简介可穿戴式机器人是从可穿戴式机器人是从军事领域需求中发展军事领域需求中发展而来而来出现出现帮助人携带更多负载帮助人携带更多负载的机器人，以至于完的机器人，以至于完成各种

3、工作成各种工作作用作用Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人分类分类军事领域军事领域 士兵佩戴可穿戴机器人后，将成为一名超级士兵，拥有无穷士兵佩戴可穿戴机器人后，将成为一名超级士兵，拥有无穷的力量，可携载更多的武器装备，火力威力增强，防护水平的力量，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。提高，同时可克服任何障碍，高速前进，不会产生疲劳感。以至于以至于提高战斗力提高战斗力医疗领域医疗领域 主要是协助残障人士。如独立行走，以及生活中的简单动作主要是协助残障人士。如独立行走，以及生活中的简单动作生活工业领域生活工业领域 如救

4、援方面，工业运输方面如救援方面，工业运输方面Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人v美国五角大楼认为，未来美国五角大楼认为，未来士兵士兵应应 当全面实现机械化和自动机器人当全面实现机械化和自动机器人 化，并责成国防高级研究计划局化，并责成国防高级研究计划局 负责，拨款负责，拨款5000万美元从事这万美元从事这 一领域内可穿戴机器人项目的研一领域内可穿戴机器人项目的研 究。究。Wearable Robot 1978年麻省理工学院研制年麻省理工学院研制的外骨骼机器人项目的外骨骼机器人项目可穿戴式机器人可穿戴式机器人结构材料必须使用坚固，轻型且有弹性的材料。这种材料必须能够保护穿戴

5、者，以大幅度减少伤亡轻巧的能源携带的能源必须能够维持24小时的工作，且轻巧完全无声控制与动作能够同步跟随使用者的动作，加强使用者的力量并模仿各种动作如跳跃跑动等液压元件动作必须流畅、高效且完全无声Wearable Robot美国发布的可穿戴机器人计划美国发布的可穿戴机器人计划的研制招标的研制招标书书可穿戴式机器人可穿戴式机器人美国美国v“外骨骼增强人类体能表现”（Exoskeleton for Human Performance Augment）计划v 橡树岭国家实验室（橡树岭国家实验室（Oak Ridge NationalLaboratory）v 加州大学伯克利分校加州大学伯克利分校v 萨克

6、斯（萨克斯（Sarcos）公司。）公司。v 2005年，萨克斯公司的全身式外骨骼机器人脱颖而出。从2006年起，萨克斯公司开始独挑大梁研制美国军用外骨骼机器人，v 2007年，该公司被雷声公司收购。v 2008年4月28日，雷声公司宣称萨克斯公司的外骨骼机器人XOS已获得显著成功，但仍在继续改进，v 2009年美军开始测试经过改进的型号。Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人Wearable Robot 可穿戴可穿戴机器人可显著增强士兵的负机器人可显著增强士兵的负重能力重能力 可穿戴可穿戴机器人可增强士兵的持机器人可增强士兵的持续行进能力续行进能力可穿戴式机器人可穿戴式机器人

7、主要问题主要问题最困难的最困难的是能源问是能源问题题在最初研制阶段，伯克利分校伯克利分校采取的是利用人体行走动作充电的方案。“伯克利下肢末端外骨骼”（BLEEX）机器人只到士兵腰部附近，负载就挂在腰际附近的支架上，最大负载可达45kg，电源可维持20小时。在最大负载时，使用者的氧气消耗量比自力负担同样质量要少15%。伯克利分校伯克利分校推出的第二代BLEEX在零部件微型化方面很有成效，所有的电子线路和许多机械部件都容纳在金属管内。但由于发电装置影响到行走步态，所以使用者消耗的能量反而较多。Wearable Robot人做出的动人做出的动作作力传感力传感器器中控电中控电脑脑液压元件液压元件移动活

8、塞移动活塞线缆线缆动作动作可穿戴式机器人可穿戴式机器人XOS（美国）（美国）v萨克斯公司萨克斯公司暂时搁置能源问题。v先解决全身式外骨骼的控制、快速反应以及流畅动先解决全身式外骨骼的控制、快速反应以及流畅动作等问题。只要有能源，作等问题。只要有能源，XOS就可以让使用者轻松就可以让使用者轻松地连续地连续500次举起、放下次举起、放下90kg的杠铃。鉴于美军的杠铃。鉴于美军的目标是举起的目标是举起180kg的物品，还有跑、跳等能力，的物品，还有跑、跳等能力，所以所以XOS仍在改进之中。仍在改进之中。v XOS的控制原理的控制原理类似类似线性传导控制。线性传导控制。 XOS 在特定的地方设置了在特

9、定的地方设置了“力传感器力传感器”。 XOS 工作原理工作原理类似于飞机的线性传导控制。类似于飞机的线性传导控制。Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人XOS （美国）（美国）XOS堪比堪比“钢铁侠钢铁侠”Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人HAL（日本）（日本）v筑波大学的山海嘉之教授创立的Cyberdyne公司研制出混合助力肢体（混合助力肢体（HAL）外骨骼机器人）外骨骼机器人。v 第五代产品第五代产品HAL-5在在2005年亮相爱知世界博览会并引起广年亮相爱知世界博览会并引起广泛关注，并被美国时代杂志评为泛关注，并被美国时代杂志评为2005年最佳发明

10、。年最佳发明。v HAL-5自身质量自身质量21kg，可以自我支撑，所以使用者穿上它，可以自我支撑，所以使用者穿上它之后不会感觉有负担。由挂在腰际的锂电池提供能源的之后不会感觉有负担。由挂在腰际的锂电池提供能源的HAL-5至少可以帮助使用者增加至少可以帮助使用者增加40kg的抬起或举起能力。的抬起或举起能力。v 完成完成HAL-5“人机默契人机默契”训练通常需要训练通常需要30分钟。分钟。Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人HAL（日本）（日本）HAL-5控制系统控制系统不使用力传感器，而是使用不使用力传感器，而是使用贴附在人体皮肤上的电极检贴附在人体皮肤上的电极检测微弱的

11、生物电流来判断使测微弱的生物电流来判断使用者想要出力的方式。用者想要出力的方式。记忆记忆并模仿使用者的动作特点，例如某一条腿比较无力，这样可以更密切地配合使用者，也可以解决某些人生人生物电流较弱的问题Wearable Robot可穿戴式机器人可穿戴式机器人HAL（日本）（日本）vHAL-5于于2008年年10 月开始生产，月开始生产， 年产量年产量500套套但日本目前还没有传出研制军用外骨骼机器人的消息。Wearable Robot其它类型的可穿戴式机器人其它类型的可穿戴式机器人v1. 救援机器人救援机器人T52 Enryu T52 Enryu是机器人家族的一个大块头，重量近5吨吨，身高达到3

12、米。它非常强劲，可以帮助救援人员清理路面上的碎片。T52 Enryu可以在任何灾害的救援工作救援工作中派上用场，例如地震。它靠液压驱动，也被称之为“超级救援机器人超级救援机器人”，能够举起重量近1吨的重物，机械臂则可以完成所有类型的动作。T52 Enryu由日本公司Tmsuk 于1994年3月设计，而后在长冈技术科学大学接受测试。测试中，它成功从雪堆上举起一辆汽车。Wearable Robot其它类型的可穿戴式机器人其它类型的可穿戴式机器人v2. 松下充气式外骨骼松下充气式外骨骼 松下充气式外骨骼在设计上用于帮助瘫痪患者瘫痪患者。它的肘部和腕部装有传感器，允许手臂控制8块人造肌块人造肌肉肉。人

13、造肌肉内装有压缩空气，用于挤压瘫痪部位。Wearable Robot其它类型的可穿戴式机器人其它类型的可穿戴式机器人v3. 伯克利伯克利布里克外骨骼布里克外骨骼 伯克利布里克外骨骼由美国国防高级研究计划局(DARPA)设计，致力于帮助士兵、营救人员、野火消防员以及其他所有应急人员的Bleex计划为设计提供资金支持。设计伯克利布里克外骨骼的目的就是帮助这些人员轻松携带各种装备。Wearable Robot其它类型的可穿戴式机器人其它类型的可穿戴式机器人v4. 机甲外骨骼机甲外骨骼 机甲外骨骼是科幻小说中经常出现的机甲的一种复制品，高度达到18英尺（约合英尺（约合5.48米）米），由美国阿拉斯加州

14、的工程师卡洛斯卡洛斯欧文欧文斯斯发明。机甲外骨骼实际上是一种步行机，由里面的驾驶员操控。它的外形与人类似，正如科幻小说中所描述的那样，它也拥有一身好拳脚和剑术。Wearable Robot其它类型的可穿戴式机器人其它类型的可穿戴式机器人v5. Stelarc外骨骼外骨骼 Stelarc外骨骼是一款肌肉机器人，外形与蜘蛛人类似，长有6条腿条腿，直径达到5米米。它是一种混合人机，充气和充气和放气放气之后便可膨胀和收缩，与其他外骨骼相比具有更高的灵活性。使用时，操作人员需站在中间，控制机器朝着面部方向移动。Stelarc外骨骼由流体肌肉传动装置驱动，装有大量传感器。Wearable Robot其它类

15、型的可穿戴式机器人其它类型的可穿戴式机器人v6. 脑控外骨骼系统脑控外骨骼系统 这种外骨骼能够实现骨骼、肌肉与神经系统之间的交互作用。所有骨骼和肌肉都由大脑直接控制。脑控外骨骼系统由美国密歇根州大学的神经力学试验室设计。Wearable Robot其它类型的可穿戴式机器人其它类型的可穿戴式机器人v7. Springwalker外骨骼外骨骼 Springwalker外骨骼能够像所有动物一样奔跑跳跃。借助于这种外骨骼，佩戴者的奔跑速度最快可达到每小时35英里（约合56公里），跳跃高度可达到5英尺（约合1.52米）。Company Logo其它类型的可穿戴式机器人其它类型的可穿戴式机器人v8. 被谋杀教授步行辅助设备被谋杀教授步行辅助设备 这款步行辅助设备用于帮助少肌症患者恢复身体机能。少肌症可导致患者骨骼肌流失。之所以起“被谋杀教授”这个名字是因为这款步行辅助设备由美国弗吉尼亚理工大学被人枪杀的凯文格拉纳塔教授研制。格拉纳塔早已经离开人世，但他研