有源外骨骼機(jī)器人外觀造型發(fā)展趨勢(shì)

陳安迪，干靜，屈楚離，馬靜

有源外骨骼機(jī)器人外觀造型發(fā)展趨勢(shì)

陳安迪，干靜，屈楚離，馬靜

（四川大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610065）

有源外骨骼機(jī)器人是一種為人的運(yùn)動(dòng)提供助力的可穿戴式動(dòng)力機(jī)械裝備，近幾年在軍用和民用領(lǐng)域的用戶需求激增，技術(shù)水平發(fā)展迅猛；人們對(duì)其外觀造型的提升有迫切需求。本文通過追溯有源外骨骼機(jī)器人外觀造型的發(fā)展歷程，概括了國(guó)內(nèi)外已有和公開在研的有源外骨骼機(jī)器人外觀造型現(xiàn)狀。分析有源外骨骼機(jī)器人主要功能結(jié)構(gòu)對(duì)造型的顯著作用；對(duì)比不同使用領(lǐng)域的用戶對(duì)外骨骼造型及審美的需求；例證影視娛樂中的外骨骼形象對(duì)真實(shí)外骨骼產(chǎn)品產(chǎn)生的影響。梳理近80年來有源外骨骼機(jī)器人外觀造型的發(fā)展變化。分析有源外骨骼機(jī)器人外觀造型的發(fā)展趨勢(shì)，明顯趨勢(shì)是：材料的輕量化和柔性化、結(jié)構(gòu)的仿生化與擬人化、設(shè)計(jì)風(fēng)格的個(gè)性化及品牌化。

外骨骼機(jī)器人；外觀造型；發(fā)展趨勢(shì)

有源外骨骼機(jī)器人（或簡(jiǎn)稱為有源外骨骼）是集成了智能控制、傳感、移動(dòng)計(jì)算、信息等技術(shù)的人機(jī)一體化動(dòng)力機(jī)械裝備。有源外骨骼機(jī)器人的作用是為穿戴者的運(yùn)動(dòng)提供助力和防護(hù)[1]，目前主要應(yīng)用于軍事、民用和工業(yè)領(lǐng)域。隨著有源外骨骼機(jī)器人的人機(jī)耦合性提升，智能化、輕量化快速進(jìn)步，其應(yīng)用前景非常可觀。有源外骨骼機(jī)器人造型設(shè)計(jì)的從無到有，跟隨技術(shù)進(jìn)步動(dòng)態(tài)變化。

近年來，有源外骨骼產(chǎn)品種類不斷增加，不同領(lǐng)域中使用者的使用環(huán)境迥異，功能需求分化明顯[2]，體驗(yàn)要求明確提高。有源外骨骼機(jī)器人造型不再是技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自然結(jié)果，而是開發(fā)者必須重視，并迫切需要提供優(yōu)質(zhì)解決方案的問題。

1 演進(jìn)歷史及各階段特征

19世紀(jì)30年代，英國(guó)插畫師Robert Seymour構(gòu)想了蒸汽動(dòng)力行走輔助裝置的概念[3]，20世紀(jì)60年代，美國(guó)通用電氣公司（GE）研發(fā)了“哈迪曼（Hardiman）”外骨骼手臂，是有源外骨骼產(chǎn)品的首次面世[4]。20世紀(jì)90年代至今，美國(guó)、日本、以色列、韓國(guó)等國(guó)家的有源外骨骼機(jī)器人技術(shù)研究普遍取得較大進(jìn)展，較具有代表性的有美國(guó)洛克希德馬丁公司旗下的伯克利仿生科技公司研制出的軍用下肢外骨骼HULC和為殘疾人定制的外骨骼Ekso[5]、美國(guó)加州伯克利大學(xué)的重載下肢外骨骼BLEEX[6]、日本Cyberdyne公司的全身運(yùn)動(dòng)輔助外骨骼Hybrid Assistive Leg（HAL）[7]和以色列ReWalk康復(fù)型下肢外骨骼[8]等。

我國(guó)對(duì)有源外骨骼機(jī)器人領(lǐng)域的探索較晚，主要是進(jìn)行理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究，少數(shù)科研機(jī)構(gòu)制作出了較完整的樣機(jī)。中國(guó)科學(xué)院較早開始研發(fā)外骨骼機(jī)器人，研制出了下肢運(yùn)動(dòng)輔助外骨骼系統(tǒng)[9]。浙江大學(xué)研制了四款有源外骨骼，分別為氣動(dòng)下肢步行外骨骼[10]，肌電信號(hào)控制的康復(fù)醫(yī)療下肢外骨骼[11]，懸掛式腦卒中癱瘓患者下肢康復(fù)外骨骼[12]以及踝關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼[13]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了下肢殘疾患者助力外骨骼[14]和基于機(jī)電信號(hào)傳感的偏癱患者康復(fù)訓(xùn)練外骨骼系統(tǒng)[15]。此外，電子科技大學(xué)、上海大學(xué)海軍航空工程學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)[16]和傅利葉智能、大艾機(jī)器人等科技企業(yè)也在進(jìn)行有源外骨骼機(jī)器人的研究。

根據(jù)表1、圖1的時(shí)間軸可以總結(jié)出有源外骨骼機(jī)器人造型的發(fā)展變化特征：20世紀(jì)60年代到90年代，有源外骨骼機(jī)器人行業(yè)處于起步和摸索階段，面世的產(chǎn)品數(shù)量較少。這一階段有源外骨骼的設(shè)計(jì)定位為功能導(dǎo)向型軍用裝備。造型整體體積和重量較大，裝甲感和威武感強(qiáng)，作為人機(jī)相連接的重要部件，綁縛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比于巨大的剛性架構(gòu)來說較為薄弱。

1990年到2000年，民用有源外骨骼機(jī)器人開始了蓬勃發(fā)展，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)數(shù)量在全球范圍內(nèi)開始大量增長(zhǎng)。研究人員在驅(qū)動(dòng)方式、控制系統(tǒng)上做了更多嘗試。但受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和材料，有源外骨骼機(jī)器人整體造型設(shè)計(jì)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒有明顯的變化。

2000年至今，驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)不斷創(chuàng)新，新材料和新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，能夠更好地解決有源外骨骼笨重、與人體耦合差等問題。軍用和民用各領(lǐng)域的需求大增，對(duì)有源外骨骼機(jī)器人外觀造型表現(xiàn)出強(qiáng)烈期待。

2 發(fā)展趨勢(shì)的影響因素

有源外骨骼機(jī)器人外觀造型的發(fā)展趨勢(shì)不僅受到機(jī)器人技術(shù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等因素的制約，也會(huì)受到主體結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場(chǎng)景、審美變化、時(shí)代潮流等多種因素的影響。下文分別就有源外骨骼機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成、使用場(chǎng)景、用戶需求以及影視娛樂中的造型語言對(duì)外觀造型設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。

2.1 驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和執(zhí)行系統(tǒng)的決定性作用

可穿戴有源外骨骼設(shè)備的基本組成如圖2所示，主要包括外形框架、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和綁縛系統(tǒng)七個(gè)基本部分[17]。通過綁縛系統(tǒng)連接，助力到作用對(duì)象，即穿戴外骨骼的人。工作原理是由驅(qū)動(dòng)裝置施加力矩，通過與骨骼平行的桿件和與人體相連接的綁縛裝置進(jìn)行力的傳遞；位于人體肌肉運(yùn)動(dòng)部位的姿態(tài)傳感器感知人體的運(yùn)動(dòng)信息、生理信號(hào)等，將信息實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)綜合計(jì)算輸入的信息并不斷輸出控制參數(shù)給驅(qū)動(dòng)裝置[17]。

表1 有源外骨骼機(jī)器人發(fā)展歷史

圖1 有源外骨骼機(jī)器人發(fā)展歷史

如圖2所示，有源外骨骼基本結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)和執(zhí)行系統(tǒng)、綁縛系統(tǒng)三個(gè)部分體積大、質(zhì)量重、不易隱藏，其形狀結(jié)構(gòu)決定有源外骨骼的主要形態(tài)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用。其他系統(tǒng)如控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)往往體積占比小，對(duì)外觀造型的設(shè)計(jì)風(fēng)格影響不大；因此，注重對(duì)外觀貢獻(xiàn)最大的三部分的整體造型和細(xì)節(jié)造型非常重要。由于同種驅(qū)動(dòng)方式下傳動(dòng)和執(zhí)行系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的外觀造型差別不大，不同驅(qū)動(dòng)方式下傳動(dòng)和執(zhí)行系統(tǒng)才有較大外觀造型差異，因此根據(jù)不同驅(qū)動(dòng)方式分類討論有源外骨骼的造型特點(diǎn)。

通過表2、圖3中對(duì)不同驅(qū)動(dòng)方式的外骨骼的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，液壓、電機(jī)、SEA（Series Elastic Actuator，SEA，串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器）驅(qū)動(dòng)的外骨骼系統(tǒng)體積相比氣動(dòng)及氣彈簧驅(qū)動(dòng)的外骨骼而言較為笨重；若有載重、行軍需求，需要長(zhǎng)期作業(yè)使用的情況下，外骨骼傳輸力矩更大，其電池所占體積更大。軍用和民用外骨骼在形態(tài)上差異大，民用有源外骨骼造型親和力更強(qiáng)，更為輕便，用于康復(fù)醫(yī)療的有源外骨骼產(chǎn)品提供更小的力矩，自由度更少，有些康復(fù)型外骨骼會(huì)采用繩－輪驅(qū)動(dòng)，配合步態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及康復(fù)訓(xùn)練平臺(tái)。

圖2 有源外骨骼機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)示意圖

表2 采用不同驅(qū)動(dòng)方式的有源外骨骼外觀造型特征

圖3 采用不同驅(qū)動(dòng)方式的有源外骨骼外觀造型特征

目前大多數(shù)有源增力型外骨骼采用位于關(guān)節(jié)位置的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方式，因此外觀造型的視覺形式較為統(tǒng)一。隨著未來體積更小、重量更輕的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)，有源外骨骼機(jī)器人的外觀造型將會(huì)有較大的革新。

2.2 不同應(yīng)用領(lǐng)域的明顯分化

隨著行業(yè)從起步到有一定成果的積累，有源外骨骼機(jī)器人的色彩、材質(zhì)及表面處理工藝（Color-Material-Finishing，CMF）的設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)使用場(chǎng)景的不同分化出不同的方向。從目前市面上的有源外骨骼產(chǎn)品來看，工業(yè)、軍用和醫(yī)用這三類不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，有源外骨骼的外觀都分別具有鮮明的色彩特征。

工業(yè)應(yīng)用背景下，有源外骨骼機(jī)器人CMF的耐用性、警示性突出。常用黑、灰色作為主色調(diào)，搭配高飽和度的橙色、紅色、藍(lán)色等。深色底色較為耐臟，明快的色彩很有工程語義感，與工作環(huán)境相協(xié)調(diào)，能夠促使作業(yè)人員時(shí)刻保持警惕和專注[18]。隨著應(yīng)用日趨廣泛，在保證使用功能前提下，成本低的材料及其色彩會(huì)大量使用，例如黑色碳纖維、尼龍等。

軍用背景下，有源外骨骼機(jī)器人的隱蔽性要求高。為迎合軍人著裝的色彩要求，軍用有源外骨骼常用黑色或陸軍迷彩系列（綠、黃、茶、灰等）的色彩組合。在后續(xù)產(chǎn)品級(jí)階段，會(huì)形成與服裝等類似的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

醫(yī)用背景下，有源外骨骼機(jī)器人要有柔和、理性等特征。醫(yī)療康復(fù)型有源外骨骼的目的是幫助需要肢體康復(fù)的病患進(jìn)行恢復(fù)或輔助其正常活動(dòng)。醫(yī)療產(chǎn)品的主色調(diào)往往為低飽和度的冷色調(diào)，傳達(dá)出冷靜、理性的情緒特征[19]。因此，市面上的醫(yī)療輔助類有源外骨骼產(chǎn)品目前主要有白、銀、藍(lán)、綠和黑色色調(diào)。今后隨著老年用戶的增加，更加柔和的色彩會(huì)不斷加入。

未來有源外骨骼機(jī)器人會(huì)有更加豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，針對(duì)不同的工作環(huán)境會(huì)衍生出更多CMF設(shè)計(jì)方案，通過不同的色彩、材質(zhì)和表面工藝來表達(dá)產(chǎn)品的功能屬性和品牌特征。

2.3 不同用戶的審美需求

從軍用領(lǐng)域發(fā)展到民用領(lǐng)域，用戶需求更加多樣化，有源外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品逐漸向著專業(yè)細(xì)化、用戶友好的方向發(fā)展。

康護(hù)領(lǐng)域中，輔助病患進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練、輔助護(hù)理者搬運(yùn)的有源外骨骼產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。圖4（a）為美國(guó)Superflex公司針對(duì)老年人市場(chǎng)研制的柔性外骨骼動(dòng)力服[20]，采用了可拆卸模塊化的設(shè)計(jì)，通過微型“電子肌肉”提供運(yùn)動(dòng)輔助[21]，造型遵從極簡(jiǎn)主義風(fēng)格，簡(jiǎn)約、優(yōu)雅。又如日本Innophys公司推出的“Muscle Suit”系列氣動(dòng)腰部助力外骨骼（如圖4（b）），助力達(dá)25.5 kgf，僅重5 kg，具有防水、自重輕、穿脫快捷、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)[22]。

在戶外運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，作為運(yùn)動(dòng)輔助裝備的有源外骨骼也逐漸興起。以滑雪輔助外骨骼為例，主要采用氣壓驅(qū)動(dòng)[23]（圖4（c））和氣彈簧驅(qū)動(dòng)[24]（圖4（d）），由于驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單，整體造型采用較為輕巧的框架結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)上與其他滑雪裝備之間有較強(qiáng)的兼容性，能夠通過向地面借力降低穿戴者負(fù)擔(dān)；材質(zhì)安全可靠，結(jié)構(gòu)兼容性強(qiáng)；色彩涂裝上體現(xiàn)出動(dòng)感、時(shí)尚、現(xiàn)代的風(fēng)格，迎合了戶外運(yùn)動(dòng)人群的心理需求。

圖4 不同領(lǐng)域的外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品

康護(hù)領(lǐng)域的有源外骨骼機(jī)器人外觀造型迎合了病患和護(hù)理者對(duì)產(chǎn)品的需求：材質(zhì)柔軟、輕量；交互方式簡(jiǎn)單、易于穿脫；外形簡(jiǎn)約、美觀。比較康護(hù)領(lǐng)域和戶外運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中有源外骨骼外觀造型特征可以看出，其外觀造型發(fā)展趨勢(shì)受到不同應(yīng)用領(lǐng)域用戶需求的顯著影響。

2.4 影視娛樂作品的引領(lǐng)性

影視作品與游戲中常出現(xiàn)未來機(jī)器人形象。影視化的外骨骼裝備多屬于工業(yè)有源外骨骼或單兵作戰(zhàn)類外骨骼，其造型和功能是為鏡頭語言服務(wù)的，這些熒幕上的產(chǎn)品形象擺脫了技術(shù)、材料和加工的限制，以現(xiàn)有的產(chǎn)品造型和功能為想象的基石，承載著人們對(duì)未來高科技的期望。例如，早在1967年的科幻電影《The Ambushers》中，就出現(xiàn)了啤酒廠工人穿戴著以GE的“Hardiman”外骨骼為概念原型的液壓外骨骼機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的場(chǎng)景，如圖5所示。

圖5 電影中的工業(yè)外骨骼

近年來，影視娛樂作品中的有源外骨骼機(jī)器人形象日漸豐滿，外觀造型更加具有未來感，如圖6所示。《明日邊緣》、《異形2》、《鋼鐵俠》等大片及FPS游戲（First-person shooting game）《使命召喚：高級(jí)戰(zhàn)爭(zhēng)》的發(fā)行，增強(qiáng)了大眾對(duì)有源外骨骼的認(rèn)知和接受度。

圖6 影視化機(jī)器人形象

影視化的機(jī)器人外觀造型通常采用夸張的設(shè)計(jì)手法，與現(xiàn)實(shí)生活中的外骨骼產(chǎn)品相比更加前衛(wèi)，更具科技感和吸引力，對(duì)正在研制的有源外骨骼機(jī)器人外觀造型設(shè)計(jì)有一定的引領(lǐng)作用。在國(guó)外已有的軍用外骨骼產(chǎn)品外觀可見電影《明日邊緣》等電影中外骨骼的類似形象。

3 發(fā)展趨勢(shì)

本文從有源外骨骼機(jī)器人外觀造型的關(guān)鍵要素——材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)風(fēng)格三方面來分析有源外骨骼機(jī)器人外觀造型的發(fā)展趨勢(shì)，主要基于1960年至今有源外骨骼機(jī)器人外觀造型發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行論述。雖然以柔性外骨骼服為代表的很多有源外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品還停留在概念設(shè)計(jì)和預(yù)研階段，但從已公布進(jìn)展報(bào)道仍可以看出一些造型發(fā)展的動(dòng)向。

3.1 材料的輕量化和柔性化

輕型材料對(duì)傳統(tǒng)金屬材料的替代能夠降低外骨骼機(jī)器人的體積和密度，減輕實(shí)際重量和視覺重量感，提高使用舒適度和美觀性。從近幾十年有源外骨骼的外觀造型的發(fā)展變化可以看出，材料的輕量化和柔性化是未來造型設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。同時(shí)，輕量化和柔性化也是用戶對(duì)于可穿戴產(chǎn)品的期望型需求。

由于不同類型有源外骨骼機(jī)器人助力方式不同，輕量化和柔性化的造型發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)出兩種不同形式：一是對(duì)以老年人步行輔助外骨骼為代表的醫(yī)療康復(fù)型有源外骨骼機(jī)器人而言，由于工作力矩較小，在氣動(dòng)肌肉等新驅(qū)動(dòng)技術(shù)的支撐下，其造型設(shè)計(jì)正在朝著輕型柔性外骨骼服裝的方向深入探索，整體采用柔軟的紡織材料和彈性材料，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)鮑登線或人工肌肉拉伸人體肢體末端進(jìn)行助力，整體造型與人體曲線更加貼合，材質(zhì)柔軟具有親和力，舒適性和透氣性更好，綁縛系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的融合度更高。二是對(duì)于單兵重載型有源外骨骼和工業(yè)型有源外骨骼而言，驅(qū)動(dòng)方式大多沿用電機(jī)、液壓等傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方法，主體結(jié)構(gòu)的材料需要滿足一定的強(qiáng)度和剛度的要求，因此其外觀造型設(shè)計(jì)趨勢(shì)是剛?cè)岵牧舷嘟Y(jié)合，主體沿用剛性材料，綁縛系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)上更多地選用柔性材料，最大限度減輕產(chǎn)品的總重量，整體外觀造型朝著模塊化的方向發(fā)展。

3.2 結(jié)構(gòu)的仿生化與擬人化設(shè)計(jì)

仿生設(shè)計(jì)是借鑒自然物質(zhì)的形態(tài)、色彩、肌理、結(jié)構(gòu)而進(jìn)行的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)活動(dòng)[25]。擬人化設(shè)計(jì)是基于不同的人體運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的生物力學(xué)和生理學(xué)原理來指導(dǎo)外觀造型設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品工作方式更接近人的生理特征及運(yùn)動(dòng)模式。通過有源外骨骼機(jī)器人近年來的外觀造型設(shè)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，人工肌肉和軟性傳感器[26]等柔性材料的使用給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了更多的可能性。有源外骨骼機(jī)器人的自由度隨柔性化程度的提高而增加，使得機(jī)器與人貼合度更高，運(yùn)動(dòng)過程中的人機(jī)碰撞和相互干預(yù)會(huì)減少[27]。因此，仿生和擬人化是有源外骨骼機(jī)器人外觀造型發(fā)展的必然趨勢(shì)。

仿生設(shè)計(jì)和擬人化的合理運(yùn)用不僅能提高外骨骼系統(tǒng)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的助力效率，還能引領(lǐng)時(shí)尚潮流，實(shí)現(xiàn)外骨骼的功能美和形式美的統(tǒng)一[28]。因此未來外骨骼機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)會(huì)更多地運(yùn)用仿生與仿真的設(shè)計(jì)方法，降低外部負(fù)荷對(duì)執(zhí)行任務(wù)時(shí)的穿戴者的影響，造型更加貼合人體自然曲線，運(yùn)動(dòng)執(zhí)行方式也會(huì)貼近人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)程中的步態(tài)，降低能耗，減小運(yùn)動(dòng)阻力。

新技術(shù)和新材料的出現(xiàn)也為有源外骨骼機(jī)器人外觀造型的仿生和擬人化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐，如外包覆件3D打印技術(shù)，航空鋁材、碳纖維、鈦合金等材料的應(yīng)用[29]，多種驅(qū)動(dòng)方法相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)方式，彈性體基質(zhì)和嵌入式柔性材料的軟性電池技術(shù)[30]，易于和紡織品和柔軟部件集成的傳感器技術(shù)等。

3.3 設(shè)計(jì)風(fēng)格的個(gè)性化及品牌化

伴隨科技的進(jìn)步，有源外骨骼機(jī)器人會(huì)逐漸從概念產(chǎn)品變成大家能普遍使用的工具，因此未來有源外骨骼機(jī)器人不僅要滿足使用者的生理、安全需求，還要迎合使用者的心理需要和對(duì)個(gè)性化的追求。尤其民用外骨骼，多樣化的色彩、線型、材質(zhì)及表面裝飾所綜合構(gòu)成的外觀造型風(fēng)格能對(duì)不同領(lǐng)域受眾產(chǎn)生吸引力，贏得消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的情感認(rèn)同，增加對(duì)新產(chǎn)品造型的接受度。但有源外骨骼機(jī)器人的用戶群體間的審美水平和消費(fèi)觀念差異大，個(gè)性化的創(chuàng)新要充分考慮不同消費(fèi)群體的審美變化和對(duì)新造型語言的接受能力，針對(duì)不同年齡、性別、工作環(huán)境的消費(fèi)人群調(diào)整外觀造型設(shè)計(jì)策略。

由于外骨骼機(jī)器人的商品屬性，造型設(shè)計(jì)者應(yīng)具有前瞻性，在追隨世界產(chǎn)品造型的潮流趨勢(shì)的同時(shí)加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，從大眾審美的追隨者變?yōu)榇蟊妼徝赖囊I(lǐng)者，通過產(chǎn)品CMF設(shè)計(jì)塑造品牌形象，才能夠更好地增加產(chǎn)品和品牌的認(rèn)知度、促進(jìn)外骨骼機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)語

有源外骨骼機(jī)器人最初興起于軍事領(lǐng)域，其外觀造型具有明顯的軍用產(chǎn)品特征。隨著民用醫(yī)療康復(fù)型外骨骼和工業(yè)型外骨骼的廣泛應(yīng)用，有源外骨骼機(jī)器人的外觀造型越來越多樣化。有源外骨骼機(jī)器人作為高技術(shù)產(chǎn)品，其外觀造型自然表達(dá)功能特征。在技術(shù)層面上，人機(jī)工程學(xué)在宜人性的角度上給外骨骼的造型設(shè)計(jì)提出了輕量化、柔性化、仿生化和擬人化的設(shè)計(jì)要求；在審美和視覺層面上，有源外骨骼機(jī)器人外觀造型大量吸取了可穿戴電子產(chǎn)品、軍械產(chǎn)品、運(yùn)動(dòng)裝備的設(shè)計(jì)語言，同時(shí)受到不同設(shè)計(jì)風(fēng)格的影響，呈現(xiàn)出個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)。

我國(guó)有源外骨骼機(jī)器人行業(yè)起步較晚，目前正在努力追趕，現(xiàn)有的有源外骨骼機(jī)器人還是相對(duì)初期產(chǎn)品，僅少數(shù)企業(yè)在外形上進(jìn)行有限創(chuàng)新。大部分研發(fā)單位對(duì)外觀造型不夠重視，影響其整體形象，拖累市場(chǎng)銷售。有源外骨骼機(jī)器人造型設(shè)計(jì)仍有很大的提升空間。因此，了解有源外骨骼機(jī)器人外觀造型的發(fā)展趨勢(shì)能夠促進(jìn)我國(guó)外骨骼機(jī)器人行業(yè)更好地發(fā)展。

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Appearance Design Trend of Dynamic Exoskeleton Robot

CHEN Andi，GAN Jing，QU Chuli，MA Jing

( School of Mechanical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Active exoskeleton robot is a wearable power mechanical equipment that provides assistance for human movement. The needs and technical level in the military and civilian fields are increasing rapidly, and the needs for the improvement of its appearance design is increasing correspondingly. In this paper, by tracing the development of the appearance of active exoskeleton robot, the present situation of the appearance of active exoskeleton robot at home and abroad is summarized; the significant influence of active exoskeleton robot's main functional structure on appearance is analyzed; the needs for exoskeleton appearance design and aesthetics of the users in different fields of are compared; the impact of the exoskeleton images in films or television programs on real active exoskeleton robots is exemplified; the development and changes of the appearance design of dynamic exoskeleton robots in the past 80 years are reviewed. The obvious trends can be summarized as: lightweight and flexible materials, bionic and anthropomorphic structures, personalized and branded design styles.

exoskeleton robot；appearance styling；development trend

TB47

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2020.09.011

1006－0316 (2020) 09－0073－08

2020－04－07

2018年市校合作專項(xiàng)基金：基于可持續(xù)的自貢市區(qū)智能公共照明系統(tǒng)研發(fā)（2018CDZG-11）

陳安迪（1996－），女，山東東營(yíng)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)等，E-mail：18605461593@163.com；

干靜（1968－），女，重慶人，博士，教授，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)等。