外骨骼机器人.ppt

从生物学的角度上来讲，一般是把虾、蟹、昆虫等
节肢动物体表坚韧的几丁质的骨骼称为外骨骼，
它有保护和支持作用。有时也指软体动物的贝壳和
棘皮动物石灰质的板和棘。节肢动物的体表覆盖
着坚硬的体壁。体壁由三部分组成：表皮细胞层，
基膜和角质层。表皮细胞层由一层活细胞组成，它
向内分泌形成一层薄膜，叫做基膜，向外分泌形成
厚的角质层。角质层除了能防止体内水分蒸发和保
护内部构造外，还能与内壁所附着的肌肉共同完成
各种运动，跟脊椎动物体内的骨骼有相似的作用，
因此被叫做外骨骼。《钢铁侠》中的可穿戴装甲电影《阿凡达》中的机甲战士《未来警察》中的人形装甲电影《特种部队之眼镜蛇的崛起》中的加速装甲外骨骼机器人
概念：外骨骼本指昆虫或甲壳类动物身体外表的骨骼，具有支撑和保护作用，而军工企业却因此受到启发，根据仿生学原理，利用特殊材料制成机械化装置套在士兵身体上，以增强士兵的负重、机动和打击能力。
一旦佩戴外骨骼机器人，将成为一名“超级”士兵，力量将放大10几倍，可携载更多的武器装备，武器威力增强，防护水平提高，同时可克服任何障碍，高速前进，不会让士兵产生疲劳感。

外骨骼机器人的设计要求：5、鲁棒性：包括以下几个方面：①外骨骼材料要坚固
使其能足以负担重物。②各执行机构与控制算法要有好的
性能，确保外骨骼各项功能准确、可靠、及时地实现。③
机构强度要足以应付士兵的任何战术动作带来的冲击载
荷。
6、柔顺、舒适性：下肢外骨骼的运动与人腿的运动要
具有很好的协调性。其结构、自由度的配置要与人体结构
与自由度相匹配。使穿着者感觉柔顺自然，不会有大的干
扰，外骨骼脚落地时的冲击要小，尽量让穿着者感觉舒
适。
7、待机时间：要保证能长时间地提供外骨骼运动的能
源供应，能源装置要尽量的轻便，确保士兵长距离行军。
8、降低成本：在能够实现功能的情况下尽量降低产品
成本。外骨骼机器人的设计结构外骨骼设计结构示意图
外骨骼机器机器人系统下肢
控制原理：其机械结构由与
人类同步行走的两条金属的
腿、将重力传递到地面的
脚、能够实现转身动作的腰
部以及放置重物的后背托架
四部分组成，其中包括传
感、动力输出装置及执行元
件、控制系统以及能源系统
等都是实现外骨骼与士兵共
同完成负重行军任务所不可
缺少的。外骨骼系统工作原理外骨骼控制方法1、操作者控制2、肌电控制3、预编程控制4、主从控制5、直接力反馈控制6、地面反作用力控制7、ZMP控制8、灵敏度放大控制起源：外骨骼机器人的技术起源于美国1966年的哈德曼助力机器人的设想及研发。但是直到今天这项技术仍处于研发阶段，并没有装备军队。其中有些技术还没有完善。例如：能源供给装置以及高度符合人体动作的复杂、敏捷及准确要求的控制系统和力的传递装置等。目前世界各国都在大力研发和试验该项技术。世界各国外骨骼的发展状况XOS外骨骼系统是SteveJacobsen博士
的得意之作，是为了创造出超人的士
兵，而由美国国防部高等研究计划局提
供了1000万美元的军事研究预算，经
过7年秘密研发出来的，代表了机械外
骨骼领域最尖端的技术。这项研究在高
级研究计划署的资金支持下开始迅速发
展。XOS的控制思想同伯克利低位肢体
外骨骼(BLEEX)一样，控制系统通过检
测系统和微机系统判断人的下个动作，
从而决定加给人体多大的助力及速度，
并且也是通过液压系统将力传给外骨骼
机构，但它是全身武装的外骨骼，利用
附在身体上的传感器，可以毫不延迟地
反应身体的动作，输出强大的力量。但
目前“XOS”有一个重大缺陷，就是XOS
还要拖着一条电线才行，而自带的电池
只能使用40分钟，如果解决这个问题，
相信很快就可以实用化。HULC外骨骼机器人：
美国防务巨头洛克希德·马丁公司测试
新一代“人类负重外骨骼”（HULC）系
统。该系统是一种模仿人体结构特点设
计的外穿型机械骨骼，内部配备有液压
传动装置和可像关节一样弯曲的结构设
计，不但能够直立行进，还可完成下蹲
和匍匐等多种相对复杂的动作。动力源
为两块总重量3.6公斤的锂聚合物电池,
充满电后可保证穿着者以4.8公里/小时
的速度背负90公斤重物持续行进一个小
时。而穿着外骨骼的奔跑冲刺速度可达
到16公里/小时。HULC装备有更加先进
的软件、并采用适用度更广的设计。这
种外骨骼系统可配备不同型号的装甲钢
板、制冷/加热系统和传感器。性能先
进，但HULC系统的控制并不复杂，先进
的便携式微型计算机可以让这种外骨骼
与士兵们的运动保持协调一致。大力神可穿戴式外骨骼
该項目由法國武器裝備總署制
定，這種外骨骼能夠輔助士兵
增強其在戰場上的負重能力和持
久作戰能力。獨特之處在於不採
用無線電控制，系统能夠自動探
測到肢體運動，隨後根據支持意
圖代替穿戴者執行這一動作。與
其他競爭項目不同的是，大