单兵外骨骼课件

外骨骼装备（Exoskeleton）概念科幻电影中的外骨骼装备美军单兵外骨骼装备面临的挑战及发展前景其他国家外骨骼装备的发展△△△△△研究背景△外骨骼工作原理△概念一些昆虫类动物，长有身体以外的骨骼，具有支撑、保护身体的作用，被称为外骨骼。美军研制开发的单兵外骨骼装备，就是根据仿生学的思想，为单兵设计一套体外支架，通过均衡分配外挂物重量，传导、放大单兵的肢体动感，做到既增强单兵负重能力，又保持单兵的行动灵活性，从而使背负诸如美军研发的“勇士”单兵数字化系统、大型机具、超标重武器弹药的单兵，依然具有像普通单兵那样或更高的徒步机动作战能力。

虾是典型的外骨骼生物美国雷神公司研发的机械外骨骼系统（XOS）外骨骼工作原理单兵外骨骼机械结构由多杆开链机构、将重力传递到地面的脚托以及放置重物的托架三部分组成，其集成了传感系统、动力系统、控制系统等诸多复杂的系统机构。开链机构与人体同频完成运动并帮助人体承载重物。负重信息传至脚托传感器，通过搜集负重和人体运动信息，将信息提供给中央处理器计算来调整外骨骼的运动幅度，控制能源系统完成供能及动力系统完成与士兵相匹配的动作。机械硬件中央控制处理器士兵能量信号外骨骼工作机理

科幻电影中的外骨骼装备《钢铁侠》《阿凡达》《特种部队：眼镜蛇的崛起》美军单兵外骨骼装备洛克希德·马丁公司——人体负重外骨骼（HumanUniversalLoadCarrier，HULC）（左）雷神公司——完全机械外骨骼系统（XOS

）（右）HULC这种新型装备的全称为“人体负重外骨骼”（简称HULC），是一种能够通过提供外力来满足士兵对机动性和支撑性需要的机器人技术装备。XOS与HULC差别比较大，几乎将整个人体包入XOS内；XOS是目前最先进的人体外骨骼，其在提升重物和四肢的控制精度上要比HULC出色。XOS2可以使单兵的工作速度加快，工作时间延长，工作能力提高了1到2倍。XOS2可以轻松进行踢足球和击打沙袋等灵巧动作，而且右手的吊钩可以击穿墙壁。目前，XOS2主要有两种型号：一种是“战斗型”，只包括外骨骼的腿部和腰部附件，与HULC类似；另一种是“后勤型”，具备完整的身形。

面临的挑战

尽管美国已经研制成功多种型号的外骨骼装备并已少量装备部队进行测试，但离广泛投入战场实用还有一定距离。主要是耐用性、可靠性、控制精度等一系列技术难题还有待攻克。耐用性不足。目前的外骨骼装备多由便携式电池提供动力，单次充电的使用时间普遍偏短。一旦失去动力，整个系统即是一堆废铁。

可靠性不够。多数外骨骼装备都采用液压系统，在野战条件下，液压油路较易发生故障，且故障很难在原地排除。控制精度达不到。真正发挥外骨骼装备的效能，需要智能化“柔顺”控制。要做到这一点，需要高性能的传感器，快速、精准的信息获取，多路信息的有机融合，高效、友好的人机接口，穿着者与外骨骼装备之间的双向信息传递。发展前景尽管美军外骨骼装备的研制面临很大挑战，但是考虑到其潜在的能力巨大，洛·马公司和雷神公司相信，只要能够获得持续的经费支持，外骨骼装备将在5年内正式列装美军部队。研发外骨骼装备的根本目的就是提升单兵的战斗力：增强打击能力；提高防护能力；提高机动能力；提高战场感知能力；

总之，未来士兵装备外骨骼装备后，将变身为一名超级战士，拥有巨大的力量，作战能力将会成倍提高。其他国家外骨骼装备的发展世界各国研发的外骨骼产品从上世纪70年代美国首次提出“外骨骼”的概念至今，全球约有20个国家正在积极研究单兵外骨骼装备。虽然名称各有不同，功能各有增减，但基本结构和原理多与美国相似。俄军的“士兵-21”，是第二代外骨骼装备，已经初步实现与数字化单兵系统的结合，具有减负、防护、控制、攻击和生命保障等功能。英国的“未来一体化步兵”系统，更加注重通过改进传感器和信息集成提高单兵作战效能。法国某防务公司推出的“大力神”外骨骼系统，实行任务模块配置，排长和战斗组员可根据任务需要选配装具模块和负重组件。日本Cyberdyne公司开发的商业化外骨骼产品，通过监视神经中枢传递给肌肉的信号来实现对人体行动的判断，其控制精度较高。日本的动力外骨骼

日本CYBERDYNE公司研究人员发明了钢铁侠式的人体外骨骼，辅助实施物理治疗，称为“机器人服混合辅助肢”((HAL)。这种以电池为能量来源的“机器人服”代号为“HAL-5”，重量是15公斤。这种“机器人服”能够通过电力信号在皮肤表面的变化探测