行走助力系统研究

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1、行走助力机构概念及总体研究南京理工人学机械工程学院01级机械设计制造及其自动化曾志腾atengl982@163.com1绪论士兵不能空着手进入战场，所以士兵肩上必然有负重。正是一个心理生理都处于良好状况的士兵，使用其所负担的各种装备，才构成一个完整的单兵作战系统。越来越复杂的现代战争，使得作战不只是“勇敢有力的士兵，拿着步枪往前冲”这么简单的模式了。所以单兵装备也越来越丰富，越来越复杂，不可避免的,也越來越重。1.1常见的负重帮助装置为了使士兵在负重的状态下，能够保持较好的生理状态，长久以来，各国都投入了大量精力在单兵背负机构上，研制更符合人体工程学原理的负重装置。于是各种各样的单兵

2、携行具便应运而生。单兵携行具是指单个战士携行装备物资所采用的工具。-•套好的携行具能大大减少士兵的休力消耗，提高其作战效能和徒步作战能力。美军研制和使用单兵野战携行装备起步较早，第二次世界大战前，美军就冇了制式携行具。随着科学技术的进步和武器装备的发展，美军先后对单兵携行具进行了多次改进。主要品种有M—1945式、M—1956式、M—1972式、XM80式单兵携行具、单兵综合战斗系统及新世纪单兵携行系统等。英军先后研制和装备了多种单兵携行具，如英军1958式单兵携行具也是肩腰吊带式结构，与美军M-1956式相比，有相似Z处，也冇较大差别，优于美军的是背囊空间、携行量大，但不如美军的机

3、动灵活。英军曾装备的198()式单兵携行具，吸收了1958式和1972式两种携行具的优点，由质轻牢固的尼龙制作，扩大背囊空间，增加战斗携行具和野战背囊的相容性和舒适性。英军口前装备的单兵携行具是1990式，它是一种新型携行背心式样，特点是负荷分部均匀，携行舒适、离合快速。我国的单兵携行具起步较晩，对越自卫反击的吋候，士兵还停留在分件单挂的状态。负荷分配不合理不说，打包还极困难，可靠性也无法保证，使用更是极不方便。从80年代末期开始，我军也开始研制单兵携行具，91式单兵携行具从捉出，研制到装备部队，只用了一年不到的水平。为了适应对台斗争的需要，我军近年來相继研制了新一代单兵携行具95步

4、枪携行具系列。其中包括01单兵生活携行具（01温区背囊和01寒区背囊）、01单兵战斗携行具（95步枪、89机枪、88狙击步枪手战术背心和配套的作训包）。至此，我国单兵携行具的装备水平基本达到了发达国家的普遍水准。单兵携行具的却可以使得士兵的背负重量在身体上分部更合理，捉高士兵在标准负荷卜•的活动能力。但是，所有的动力负荷都由士兵的身体提供，而人体的负荷毕竟是有限的，单兵携行具只能使体力的使用更合理，不能达到真正意义上的助力。1.2行走助力机构的发展现状我们是不是能构想这样一种单兵携行系统，能够帮助士兵负重，提供士兵大部分行走动力，从而使止兵能把体力从行军屮最大限度的节省就下来，以更充

5、分的休力投入战斗。所以我提出这样一个“行走助力机构”。使用行走助力机构的目的，就是帮助负重士兵，拥冇更高的行动能力。行走助力机构是一个行动助力机械，是一个它的作用应该更倾向于“长腿的摩托车”一样的行动机械，而不是“机械腿”这样的功能代用机械。所以，行走助力机构不但有简单-的机械助力功能，更要帮助使用者维持行走的平衡。行走助力机构不是简单的助力机械。现在的同步助力机械臂，已经能够精确的随同使用者的手臂动作，举起几百公斤重的物体。但是现在的仿生行走机械，仍然不能实现负重行走，甚至口身的行走都不能很协调。因为行走是一个整体的移动过程，双足的特性决定了这个过程的移动速度是非线性的。比之冇固定

6、端的手臂助力，多了移动平衡问题。所以，随同行走助力机构是比随同助力机械臂更复杂的仿牛机械。世界上最早捉出机械行走助力机构需求的是美国陆军的“未来战士”计划。早在2000年，美国五角大楼下屈机构“尖端国防产品研究所”就提出了“行走助力服”的概念，作为未来战士单兵作战系统的一部分，该装置“可以使士兵在超标准负重的状态下，依旧行走如飞”。加州们克利大学霍曼约恩•卡泽罗尼博士领导的研究小组，从2000年开始已经获得“尖端国防产品研究所"高达3500万美元资助，用于研究这样一种助力机构。这项名为Bleex（伯克利下肢外骨骼助力器）的高科技产品，已在2004年初面世。它由电动机和40多只传感器组

7、成，重约50kg,会同步模拟穿着者的动作。使用者可以把人造的腿骨绑在自己的腿上，然后背上一个装冇动力系统和控制系统的较大的背包。这个背包内述预留了一定的空间用来背负额外的负重。它只是同步模拟穿着者的动作姿态，而不是让穿着者驾驭或是指挥这具机器。“Bleex”配备的电脑通过传感器随时感知穿着者的动作并分析英特点，然后驱动各部分与穿着者同步而行，就像影了跟着主人一样。Bleex可以帮助人们多背负32kg的重量。这套负重系统除了对士兵行军很冇帮助外，还可以使医护