气动技术与外骨骼机器人浅析.doc

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1、气动技术与外骨骼机器人机械电子工程吴外骨骼的介绍1.1电影中的外骨骼在科幻小说，以及很多的科幻题材的影视剧中，我们经常能够看到这样一种特殊的机甲：它能够穿戴在人体外表，具备辅助动力，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。操作者提供了诸如保护，身体支撑、运动辅助等功能。"技术：传感、控制、信息、融合、移动计算。"应用：将人类的智力和机器人的“体力”结合在一起，使得外骨骼能够在操作者参与的控制模式下完成仅靠操作者或者外骨骼自身能力无法单独完成的务任。II特点：（"、与通常的智能系统相比，柔性外骨骼和操作者组成的人一外骨骼系统并非简单地给系统添加人工智能或者决策能力，而是借鉴人机智

2、能系统理论，有效地将人和机器在感知、决策以及执行等多个层次上进行有机地结合，（2）、充分发挥人的智能在整个任务操作过程中的作用以及机器的执行能力。人工智能系统人机结合的系统人机智能外骨骼系统的基本控制框图控制系统中操作者，就是人本身，也成为控制系统中的一个组成部分，即“人在回路中(ManinLoop)”。这样，将人与机械的合理结合，相比自主控制的机器人，既能够保证更强的整体性能，乂极大地降低了技术门槛。1.3外骨骼的应用1、军事领域：士兵佩戴可穿戴机器人后，将成为一名超级士兵，拥有无穷的力量，可携载更多的武器装备，火力威力增强，防护水平4978年麻省理工学院研制的外#«瞬人项目提高，同时可克

3、服任何障碍，高速前进，不会产生疲劳感。无论是前线作战的士兵，还是负责后勤的工兵，都能够保持高强度、长时间的作战，同时也降低了后勤运输的压力。这样，在不增加军队人数的情况下，可将部队战斗力翻倍，甚至更高。对一支军队的整体作战能力而言，将是一个极大的提升。美国五角大楼早在20世纪70年代，就经研究认为，未来士兵应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负责，拨款5000万美元从事这一领域内可穿戴机器人项目的研究。可穿戴机器人可增强士兵的持续行进能力可穿戴机器人可显著增强士兵的负重能力2、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；也可以有针对性地应用于下肢康复训

4、练。经典的几种外骨骼机器人:1)>HAL-5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(HAL)外骨骼机器人。HAL・5自身质量21kg,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HAL-5至少可以帮助使用者增加40kg的抬起或举起能力。HAL-5控制系统：没有使用用力传感器，而是使用贴附在人体皮肤上的电极检测微弱的生物电流PowerUnitstor财曲limbAngleSensor)B«lteryPackPowerUnrtsforlowerlimb:♦AngloSensor):ycS»qnalSens

5、ForceSem来判断使用者想要出力的方式。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物电流较弱的问题2)、松下的机器人体外骨骼PowerLoaderLight这套外骨骼分别在臀部、膝盖和脚踝等关节处配备伺服屯机，这些电机由位于鞋底的六轴感应器发出的信号控制。可以帮助分担约60公斤的负重。还有一些负重由连接到背部电池的、自行车座椅状的支撑座来分担。3)、瑞士HocomaAG公司的Lokomat下肢康复用外骨骼机器人，通常是一套依照仿生设计的机械腿，运作时系在患者行动不便的肢体上。它能根据患者的身体情况，引导患者进行适当强度的活动，以训练下

6、肢行走，防止肌肉萎缩，刺激身体失去运动能力的部分。4）、伯克利外骨骼伯克利公司的外骨骼机器人，可以让丧失下肢行走能力的人员，独立行走。这对很多期望摆脱轮椅的患者来说，是个最合适的礼物。1.4设想以下：如果能够将外骨骼的自主能力进行提升，同时改进其结构，是否能够成为完整的双腿行走机器人。这样，很多全身瘫痪的病人，也将有行走的希望。二、康复训练的应用2.1康复训练的简介1.运动康复主要是指通过肢体的主动运动和被动运动，逐步恢复肢体的运动功能。2.肢体的恢复性训练包括上肢、下肢和手的运动训练。3.随着科技的进步，运动康复的实现手段正从传统的采用治疗师辅助病人进行运动训练转变为采用各种康复器械甚至康

7、复机器人帮助患者进行康复。传统康复训练的方式:A.在康复早期阶段由于患者的运动能力较弱，往往需要被动式训练，即在外力帮助下进行肢体的运动。虽然病人不是主动运动，但研究表明,这样的运动对于神经的康复和避免肌肉的废退是非常有帮助的。B.康复后期在患者能够主动运动的情况下，可以采用主动式训练。但由于患者的一些功能没有完全恢复，此时也需要一些辅助装2.2使用外骨骼进行康复训练针对传统康复训练，对快务人员体能负担较高的