外骨骼機器人的研究現狀及發展趨勢

尹尹

摘 要：外骨骼機器人是一種可以穿戴的機器人，可以將外部的機械動力裝置的機械能量與智能結合在一起，可以起到增加人的機能，具有額外的為人提供動力的作用。近年來，外骨骼機器人發展快速，已經在工業生產，軍事，科研等多個領域應用。本文作一綜述講解外骨骼機器人的研究現狀以及發展趨勢。

關鍵詞：外骨骼機器人；研究現狀；發展趨勢

外骨骼機器人是一種可以穿在人體外的機械，是一種人工的外骨骼，有些與昆蟲的外骨骼相似，能夠給人體提供保護以及能量[1]。穿上外骨骼機器人的人能夠輕松的完成艱難的任務。如可以讓肢體殘疾的人如同正常人一樣站立行走。現在，外骨骼機器人的研究已經引起很多科學家的興趣，并從仿生學的角度研究人工外骨骼，已經在工業生產，軍事，科研等多個領域應用。本文作一綜述講解外骨骼機器人的研究現狀以及發展趨勢。

1 背景

外骨骼技術是從1960年開始研究的，美國通用研發的Hardiman外骨骼系統是最早的研究成功[2]。近年來，隨著外骨骼技術的研究，已經出現外骨骼機器人，并得到廣泛的使用。在民用方面，外骨骼機器人能夠通過為老年人提供能量，使老年人正常的行走，提高日常生活的能力。在醫療方面，外骨骼機器人能夠通過為殘疾人提供保護，支撐，使殘疾人能夠正常的生活，減輕護理人員的工作壓力，提高殘疾人的生活質量。在軍事方面，外骨骼機器人通過軍人提供能量和保護，減少人員傷亡的情況。外骨骼機器人在多個領域發揮著巨大的作用，具有廣闊的前景。

2 研究現狀

隨著科學技術的發展，材料技術，傳感器技術，仿生學技術以及控制技術等領域出現突破，促進了外骨骼機器人系統的研發。現在，外骨骼機器人的研究和應用大多分為兩大類，分別為軍用和民用。在民用外骨骼機器人方面研發比較成功的是日本駐波大學HAL-5系統[3]，它主要是有內裝計算機，背囊，分別分布在膝關節，髖關節的電傳裝置，電池感應控制設備等組成。在使用者使用時，完全通過自動的控制器進行控制，不需要使用外部控制設備以及操控器。在背包中裝有所有的動力驅動，多種傳感器，計算機，測量系統，無線網絡，動力供應設備等，是一種可以佩戴的混合控制系統。HAL-5可以幫助使用者進行爬樓，步行，舉重等活動。在軍用方面方面研發比較成功的是美國的人類負重外骨骼系統[4]，它可以幫助士兵長時間負重行軍。

3 發展趨勢

3.1 智能化

外骨骼機器人是一種可以與人類進行密切聯系的機械動力系統。在運用的過程中使用大量的傳感器。隨著現代傳感器技術的發展，外骨骼系統對外界的感知的能力以及與使用者之間的意識的連接會更準確，另外，使用先進的探測感應裝置，將來使用外骨骼系統能夠在第一時間感知外界的環境，從而幫助使用擺脫危險的情況。如幫助老年人或者殘疾人過馬路等。

3.2 人機耦合技術

人機耦合技術是一種外骨骼機器人能夠實現人機智能系統的關鍵技術。使用者與外骨骼技術之間的操作是雙向的，另外，還可以集成多種的耦合的方式將信息耦合的渠道擴展，提高信息交流的速度。將來，外骨骼機器人與人的意識的之間配合會更加密切。

3.3 模塊化

現在，外骨骼機器人系統都是使用模塊化的設計理念，設計者在研發系統使使用模塊化的設計，可以在不同的時代，對某一個模塊使用最新的科技，而不需要對整個設計重新進行設計。在將來的外骨骼機器人的系統的設計中，會更廣泛的使用模塊化的設計。

3.4 微型化

目前，正在研發的外骨骼機器人系統都比較笨重，對操作以及攜帶造成不利的營養。隨著科學技術的發展，計算機以及傳感器會越來越小，因此，將來的外骨骼機器人系統也會逐漸微型化，便于攜帶以及使用。比如，現在的HULC系統以及HAL-5系統是將控制系統放置在背包中的，將來，可以制造出想手機一樣小巧玲瓏并功能強大的控制器代替背包師的控制體統。另外，各個部位的傳感器也會使用更輕便的傳感器代替。

4 小結

外骨骼機器人是一種新興的技術，是一種可以穿戴的機器人，有些與昆蟲的外骨骼相似，能夠給人體提供保護以及能量。目前，外骨骼機器人主要在民用以及軍用領域中使用，也可以在醫療領域，工業生產中使用，具有廣闊的發展前景。目前，民用方面的外骨骼機器人主要是喪失部分運動能力的病人等。在軍用方面主要可以提高普通士兵的能力，通過外骨骼機器人的幫助可以讓普通士兵變成可以超級士兵隨著現代傳感器技術的發展，外骨骼系統對外界的感知的能力以及與使用者之間的意識的連接會更準確，快速，進一步提高外骨骼系統的智能化水平。外骨骼機器人研發中人機耦合技術進一步發展，可以使外骨骼機器人與人的意識的之間配合會更加密切。在將來的外骨骼機器人的系統的設計中，會更廣泛的使用模塊化的設計。隨著科學技術的發展，計算機以及傳感器會越來越小，因此，將來的外骨骼機器人系統也會逐漸微型化，便于攜帶以及使用。劉會勇等[5]研究的下肢外骨骼助行機器人研究現狀及發展趨勢研究結果與本文結果具有一致性，說明本文研究結果具有重復性以及可行性。

參考文獻：

[1]李坦東，王收軍，侍才洪，等.穿戴式外骨骼機器人的研究現狀及趨勢[J].醫療衛生裝備，2016，37（9）：116-119.

[2]周加永，莫新民，張昂，等.外骨骼助力機器人研究現狀與關鍵技術分析[J].兵器裝備工程學報，2016，37（10）：99-104.

[3]胡進，侯增廣，陳翼雄，等.下肢康復機器人及其交互控制方法[J].自動化學報，2014，（11）：2377-2390.

[4]周達岸，李建軍.下肢外骨骼機器人的現狀與展望[J].中國康復理論與實踐，2013，（12）：1132-1134.

[5]劉會勇，趙青.下肢外骨骼助行機器人研究現狀及發展趨勢[J].機械設計與制造，2013，（8）：146-148，151.