全副武装的机械外骨骼专家讲座

全副武装机械外骨骼更新时间：-3-11全副武装的机械外骨骼第1页资讯：3D打印机械外骨骼帮助瘫痪者重获自由松下将于年量产商用机械外骨骼瘫痪少年穿戴机械外骨骼将为世界杯开球机械外骨骼从科幻走到现实EythorBender在TED上展示用于战争和医疗机械外骨骼日本Cyberdyne企业研发人脑控制机械外骨骼HAL全副武装的机械外骨骼第2页问答：机械外骨骼怎样处理手指设计问题？假如只是单单使用各种工具武器，个人以为没有必要设计手部在手部加装机械对手部灵活速度影响很大，比如使用武器扣动扳机时需要人体指令感应传导一系列还有机械反应输出，这个过程以及精度都对手部灵活速度影响很大，假如楼主设计是机器人那我没什么可说但外骨骼手部真心以为没必要.以我看来，从创造机械外骨骼初衷来看是提升士兵负重能力，若是动力装甲甚至还能防小口径子弹，，甚至能防水防电防辐射等，所以要是我我就放弃强化手掌部位尽可能保留手感和灵敏度（神枪手若没了手感感觉也是普通枪手水平），反正有了外骨骼提升负重打不了多背几个RPG也一样拉，至于放弃强化手掌部位就像练了铁砂掌即使防御变强了但手感就变差了，搞不好连捡个米粒大东西都费劲，所以戴柔软特殊材料做手套再给手背指背弄上钢化甲片，这么不降低手指灵活性还能提升点点防御，你给手掌弄再厚装甲也禁不起大口径枪械攻击，至于想用机械外骨骼举起重物嘛。这个能够弄个外挂装置，就是比如搬重物时不想伤到手掌能够给手掌部位再弄个装置保护就好了，雷神系列貌似手臂弄了个钩子。全副武装的机械外骨骼第3页机械外骨骼受力部位在哪里？脊椎类生物主要受力点都在腰部，所以外骨骼腰部设计最主要。机械外骨骼在设计机械结构时候都需要注意哪些问题？因为机械外骨骼受力部分主要是在下肢，所以为了到达减轻负重者负载从而节约体能目标，就要求所设计下肢必须能够承受足够强度压力。所以对于机械外骨骼下肢机械结构分析与设计也成为一大热点和难点。下肢外骨骼是一个新型含有可穿戴性能机械装置,从人机一体化智能系统理论观点出发,它是一个人主机辅人机一体化系统。国内有学者研究了这一方向问题而且指出，外骨骼结构能够穿着在人身上,除满足行走需要基本条件外,还必须考虑到以下三个方面要求:①安全性:外骨骼与人体协调共处,二者不能发生冲突②兼容性:外骨骼肢体几何尺寸能够调整,以适应不一样穿着者。③舒适性:增加人机接触缓冲装置,提升舒适性。除此之外，也有各种用于辅助进行康复运动外骨骼和上肢外骨骼，对其对应机械结构设计也已取得较大进展。比如，为了实现远程控制功效而提出上肢外骨骼结构设计之一便是采取“并联三自由度”+“四连杆机构”+“并联三自由度机构”来实现外骨骼“肩”、“肘”、“腕”关节联动全副武装的机械外骨骼第4页研究机械外骨骼在理论研究阶段都用哪些软件仿真？当前理论研究主要是基于adams仿真软件、solidworks或Pro/E等三维造型软件。经过分别建立适合用于身体各个部位各种数学模型而进行运动学、动力学分析。为了确保理论分析准确性，往往需要建立上肢、下肢等外骨骼结构模型，并经过MATLAB软件中simulink和SimMechanics控制利用ADAMS仿真软件对这些模型仿真模拟，设置各项参数执行仿真，从而取得保持外骨骼系统稳定运动、动力数据。全副武装的机械外骨骼第5页现在外骨骼机器人都应用在哪些领域？从技术上说，外骨骼机器人是从仿生角度实现一个机器人，其本质是一个机器人。它能够赋予穿戴外骨骼人部分或全部动物外骨骼所含有功效，主要包含：支撑功效、保护功效、运动功效、环境感知功效。区分于其它机器人，外骨骼机器人是“人在回路中”一个系统，其操作者也是控制系统中一个组成部分，而且是人主机辅控制系统。在这个系统中，操作者是控制回路中枢,处于信息集成和决议地位，而外骨骼则处于数据采集饰演和执行者角色。尽管当前已经出现了各种外骨骼机器人，但与理想外骨骼机器人还有一定差距。譬如，外骨骼机械系统设计和自由度等都要求与人体结构和自由度相匹配、研发轻便、高效自给能源装置、工作延续性、反应速度等等。伴随能源、材料和控制技术不停进步，外骨骼机器人在军用和民用方面大有潜力可挖。外骨骼机器人包括机械、电子、控制、计算机、传感器等学科领域，是各种高新科技集成。伴随科技不停创新与进步，外骨骼机器人能够逐步向智能化、模块化、微型化发展，深入提升人机耦合技术，其功效也就越强大，未来外骨骼机器人会愈加适合操作者。全副武装的机械外骨骼第6页关于外骨骼机器人国外研究现实状况怎么样啊？人体外骨骼助力机器人起源于美国1966年哈德曼助力机器人构想及研发，到今天整体仍处于研发阶段，能源供给装置以及高度符合人体动作灵敏及准确程度要求控制系统和力传递装置都有待大力投入研发和试验尝试。以下是近些年有代表性研究结果。1日本外骨骼机器人HAL3它由筑波大学研发，功效为：帮助人行走、起立、坐下等下肢动作动力辅助机器「机器人套装（Robotsuit）」HAL（HabridAssistLegs），该机器人主要由无线LAN（区域网）系统、电池组、电机及减速器、传感器（地板反应力传感器、表面肌电传感器、角度传感器）、执行机构等组成，总重约17千克，设备较重，动力传动采取电机-减速器-外骨骼机构方法。能够依据人体动作意愿自动调整装置助力大小。市场规划：将主要面向高龄护理、残疾人辅助、消防及警察等危险作业用途，而且加强运动娱乐用途市场开发力度，将针对各种用途进行HAL设计生产。2以色列：「外骨骼」助力装置ReWalk埃尔格医学技术企业研发「ReWalk」用一副拐杖帮助维持身体平衡，由电动腿部支架、身体传感器和一个背包组成，背包内有一个计算器控制盒以及可再充电蓄电池。使用者能够用遥控腰带选定某种设置，如站、坐、走、爬等，然后向前倾，激活身体传感器，使机械腿处于运动之中。主要用来助瘫痪者恢复行走能力。动力传动采取电机-减速器-外骨骼机构方法，运动模式主要是装置带感人体动作，装置助力大小由控制系统设定，不能跟随人动作意愿而随时改变。市场规划主要是针对下肢瘫痪用户进行产品开发。全副武装的机械外骨骼第7页3美国伯克利大学军方合作项目——外骨骼助力机器人士兵服该装置名为伯克利低位肢体外骨骼(BerkeleyLowerExtremityEXOSkeleton)或称作布利克斯(BLEEX)，是高级防御研究工程机构设计出来，尝试将自动机械支柱与人双腿相连，以降低负重，从而使步兵能够在负载更重情况下行进更长旅程。这套设备主要由燃料供给及发动机系统、控制及检测系统、液压传动系统及外骨骼机构，使用这种装置人要经过传动带将本身腿与机械外骨骼腿相连，背上要背一个装有发动机、控制系统大背包，背包中同时还留有承载有效载荷空间。动力传动过程为：发动机-液压系统-外骨骼机构。该装置能平衡掉设备自重（有50千克），使人穿着时无负载感觉，且控制系统将确保它重心一直是在使用者双脚上。该装置背包中还可负载32千克重量。而对使用者而言，他则只感觉像是背了2千克一样。这种装置除了帮助士兵外，还能够帮助医疗人员将伤员撤离开危险地域或使消防员能够携带很重设备攀登上更多楼层。4美国另一个军事合作项目，代表助力外骨骼机器人最新水平RaytheonSarcosXOS」，外骨骼「XOS」是为了创造出超人士兵，而由美国国防部高等研究计划局（DARPA）提供了1000万美元军事研究预算，经过7年秘密研发出来，代表了机械外骨骼领域最尖端技术。它控制思想同BLEEX一样，控制系统经过检测系统和微机系统判断人下个动作，从而决定加给人体多大助力及速度，而且也是经过液压系统将力传给外骨骼机构，但它是全身武装外骨骼，而BLEEX是下肢外骨骼机器人。「XOS」动作较从前外骨骼设备动作要灵敏多而且强有力。利用附在身体上传感器，能够毫不延迟地反应身体动作，输出强大力量。当穿上「XOS」时，能举起90.7kg重物而人体感觉只有9千克，能连续举50-500次。但当前「XOS」有一个重大缺点，就是自带电池只能使用40分钟，假如处理这个问题，相信很快就能够实用化。全副武装的机械外骨骼第8页制作机械外骨骼用什么材料最好？军用钛合金。普通普通钢管，铝合金就能够了。机械外骨骼机器人研制最大瓶颈是什么？两个问题，一个是动力，然后它还需要小不过功效强大传动装置，一套灵敏不过又不能太灵敏动作控制系统。以《阿凡达》为例子，外骨骼必须成为士兵机械影子，必须能及时地模仿他每个动作，即使是毫秒迟疑也会造成负担，让士兵感觉像行走在水中一样费劲。所以它感应器必须能够以每秒几千次速度读懂施加在它全身每个轻微动作，它微处理器必须足够强大，能把这些数据及时转换成指令传送给机械四肢，使它们与内部穿着者行动协调一致，而且这过程中操作者各种没必要小动作以及动作过程中不配合情况，还要由电脑“翻译”后以最有效动作平滑地反应到机体上；而传动装置，传统液压实在是过于迟缓，而且会增加重量，占用空间，所以首选就是类似人工肌肉这么材料；最终是动力，动力不一定是蓄电池，不过必定不是柴油机，即便是像AS那种大型机器人用也是性能更优异燃气涡轮引擎搭配高电容电池组。全副武装的机械外骨骼第9页机械外骨骼原理是什么？机械外骨骼原理就是用高功率密度驱动装置，非刚性连接套装在人体外，辅助人类肢体运动。是一个柔性、智能驱动系统。有几个特点，首先，在力学传动原理上，与汽车助力转向系统类似；载重汽车最早使用液压助力转向系统，现在也有液压与机电混合，或者单纯电动助力转向系统，有轿车上也开始采取啦。通俗地说，就是原来要用100牛顿·米扭矩转动汽车方向盘，有了助力装置，将可能用10牛顿·米扭矩就能够转动汽车方向盘了。然后机械外骨骼动力驱动系统应该非自锁，通俗地说，就是人强制扭动就能反抗助力系统驱动，防止助力系统非正常驱动而造成被驱感人体骨折。比如汽车雨刮、汽车电动锁、汽车车窗驱动系统，普通是采取蜗轮传动副，本身就有自锁特点，简单地说，当切断电源，就不能用手转动雨刮，对于助力系统，就将人姿态给“定格”下来了。全副武装的机械外骨骼第10页机械外骨骼动力驱动系统最难实现关键是要重量轻，驱动力矩大而且非“自锁”，且不说在动力系统设计上，非“自锁”驱动装置功率密度一定要远远低于“自锁”驱动装置；这套装置既要能辅助老年人和运动障碍人士搬运重物、攀爬楼梯，又要求自重轻；同时要求可靠性高，动力寿命长，简单地说，就是平均发生故障时间长，不产生恶性人体伤害事故。以中国普通工业基础能力，一套机械外骨骼总重量低于200千克都困难，所以就没有实用价值。对于非作战、日常生活实用机械外骨骼系统本身重量，工业发达国家能够做到50千克数量级，其价格同时也居高不下。这就是功率密度和功率重量指标。机械外骨骼系统驱动系统基本上都是高强度、加工准确、十分耐磨、韧性好金属材料，碳纤维之类复合材料没有多少用武之地，国内冶炼水平差距巨大；加工机床设备国内差距也一样遥远。比如要使用非圆曲面齿轮加工、缸体研磨、优异热处理等等先进加工伎俩。通常旋转电动机驱动系统、液压动力系统，都能够用于机械外骨骼，从发展上来看，能够是传统谐波挠性传动机构、历史悠久记忆合金、新兴人工肌肉。气动机构不适合于应用在这种场所。全副武装的机械外骨骼第11页文库：浅谈空气驱动下肢机械外骨骼设计.pdf人口老龄化已成为当今世界一个突出社会问题。退休人口数量增加、人类寿命延长及少子化趋势加速、社会有两个严重问题是劳动力匮乏和越来越多老年人需要年轻人来照料，我们需要一个机器用以辅助体弱者及中老年人运动，来帮助这部分人提升他们自理能力和改进他们生活质量。单兵外骨骼结构与运动分析.pdf单兵外骨骼是一个经过穿戴在士兵身上,提升人体负荷和速度,含有动力源机械装置.因为能够携带更多重物,并辅助加紧运动速度,所以在当代战争中,如长距离行走、运输给养、防护等方面,应用前景巨大,能有效提升士兵生存几卒和作战效率.本文经过分析机械外骨骼技术结构和运动,探讨特该技术应用于当代单兵装备理论基础.全副武装的机械外骨骼第12页可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统可靠性及应用伦理问题研究.pdf近年来,外骨骼系统已成为机器人、机电一体化、人工智能等研究领域热点.但值得一提是外骨骼系统需要人穿戴外骨骼进行操作,外骨骼任何一个"非理性"动作都可能对操作者造成严重伤害.所以,外骨骼系统必须有很高可靠性.本文提出了可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统可靠性设计标准,并提议对可能引发伦理争议系统应用进行约束,基于ANSYS携行式外骨骼背架结构研究.pdf以PPS材料制作携行式外骨骼系统背架结构为研究对象,以60kg为承载负荷,对背架结构无支撑弯曲、人体支撑弯曲、人体支撑侧摆三种工况进行有限元分析,并取得背架结构在各工况下整体应力分布及特定路径下应力和变形分布.经分析得知,在无支撑弯曲工况下背架结构将产生巨大集中应力与变形,所以应尽可能防止在该工况下进行运动全副武装的机械外骨骼第13页

七自由度虚拟外骨骼运动仿真研究.pdf研究人体运动真实关节状态,针对地面反作用力对外骨骼系统影响,单纯数学模型不准确.为处理上述问题,提出了依据机械模块(SimMechanics)建模方法.利用D-H(DenavitHartenbergmodel)运动模型建立外骨骼机械连杆模型,并作为虚拟建模对象.引入速度阈值,处理地面反作用力不连续问外骨骼机械手臂运动分析及伺服控制.pdf用三维软件UG对外骨骼机械手臂结构进行设计,依据外骨骼机械手臂结构进行力学分析以及稳定性研究,研制一套可穿戴外骨骼机械手臂,可实现手臂负重和残疾人手臂康复训练；建立机械手臂物理模型；研究平衡阀和伺服换向阀工作稳定特征.对手臂控制稳定性做一定分析.研究结果表明,设计外骨骼机械手臂满足设计要求.全副武装的机械外骨骼第14页外骨骼机器人发展趋势研究.pdf外骨骼机器人实质上是一个可穿戴机器人,它将人智能与外部机械动力装置机械能量结合在一起,能够给人提供额外动力或能力,增强人体机能.近年来外骨骼机器人研究开发已经成为一个新热点,并在军事、科研、工业生产和日常生活中逐步得到了广泛应用.伴随科技发展,外骨骼机器人技术也在不停发展与创新,含有辽阔应用和发展前景,

外骨骼助力机器人结构设计及动力学仿真.pdf采取人机合一下肢外骨骼助力装置,是未来单兵提升携行、机动能力先进方式；而智能化助力机械结构设计与合理驱动选择布置,是确保外骨骼助力机器人可靠工作关键.本文经过对人体结构与人体行走运动机理分析,进行外骨骼机械结构初步设计,并从电控、驱动及结构减重等方面进行考虑,对外骨骼机械结构进行优化设计,并取得三维模全副武装的机械外骨骼第15页携行式外骨骼机械结构应力测试试验研究.pdf以携行式外骨骼为研究对象,使用Ansys软件,建立机械结构有限元模型,采取自由度耦合方法,对铰点位置进行处理,计算取得其应力结果.使用静态电阻应变仪,对物理样机进行应力测试.试验结果表明,实际测试得到应力结果与有限元计算结果吻合性良好,所得数据真实可信,可为携行式外骨骼机械结构应力测试提供一个实际应用方法机械外骨骼在残疾人辅具和生活辅具中应用.pdf机械外骨骼是一个意在经过穿戴在人身上(类似于盔甲),全方面提升人体各方面机能机械,意在帮助残疾人恢复功效以及老年人和运动功效障碍者改进生活质量等.依据是否含有动力源将机械外骨骼分为两类;一类含动力源,使用者肢体完全受外骨骼控制,属于主动式;另一类不含动力源,由使用者控制本身动作,而机械外骨骼只需要将每一个动作加以全副武装的机械外骨骼第16页下肢助力外骨骼机构设计与研究.pdf基于拉格朗日法推导了机器人动力学数学模型，建立了机器人位置控制模型，而且在MATLAB软件中Simulink和SimMechanics模块下进行了位置控制仿真分析，建立了阻抗控制模型，对机器人进行了控制仿真分析。设计研制了下肢外骨骼助力机器人系统试验样机，并基于dSPACE半物理仿真试验平台对机器人系统进行了试验研可穿戴下肢助力机器人动力学建模及其控制研究.pdf可穿戴型助力机器人是近年来比较热门研究领域之一，包括机构学、机器人学、人机工程、控制理论、传感技术、信号处理等学科。可穿戴型助力机器人属于外骨骼机器人一个，它能将人和机器人二者优势互补，结合人类智力与机器人“体力”，强调人