机械手装置各个执行机构是什么(外骨骼的科普介绍)

Posted 2023-05-29

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机械手装置各个执行机构是什么(外骨骼的科普介绍)

#科技之巅#在许多的美国科幻电影中，外骨骼都出现过，他们帮助一个人举起或携带较重的负荷，跑的更快，跳的更高，帮助战士更好地进行战斗，有更好地保护，携带更多的武器和装备，并具有比正常人更强的体能。

那么外骨骼是什么呢？

外骨骼是指人体部分或全部由外部辅助支持、承载及控制的装置。外骨骼是一个仿生概念，用来模仿人的结构和功能，由机械构件和电子控制系统构成。主要包括动力单元、传动装置、执行单元等三个部分组成，动力单元包括动力组件（马达、驱动器）和控制组件；传动装置包括驱动和传动部件；执行单元是指与动力单元连接的机构，以及为完成机构的动作而提供动力源的动力元件。

外骨骼由特殊设计、质量轻而强度大且与人体相连的结构组成，它通过自身提供一种外能量而使人能完成以往由人力才能完成的动作或运动。

概述

外骨骼系统主要用于为残疾人或老年人提供负重、支撑和动力等辅助功能，使人体运动能力得到增强，提升工作效率。外骨骼的应用可以解决残疾人或老年人的日常生活问题，并且能够大大减少残疾人或老年人需要照顾的时间，提升生活质量。

外骨骼技术目前还处于研究阶段，其应用领域包括医疗康复、体育竞技、军事训练、娱乐表演以及物流运输等。目前国内研制生产的外骨骼主要有辅助轮椅行走机器人（外骨骼机器人）和辅助单腿站立机器人等。

技术特点

（1）通过实时检测，主动对人体关节位置的变化进行补偿，达到一个更好的平衡和运动效果；

（2）可在行走过程中自动调整重心高度，提高稳定性；

（3）可以在多种状态下提供不同支撑与动力；

（4）可提供平衡与控制能力。穿戴者通过自己的感觉反馈，对姿态进行调整。其原理是通过传感器检测人走路时的重心变化，根据重心变化调节自己身体各关节的角度和力量来实现平衡。从实验上看，可以让使用者平衡达到95%以上。

原理介绍

外骨骼的工作原理就是在人类活动时，人体运动时产生的机械能通过外接装置转化为人体所需的能量。这种能量可以通过电动机或其他机械装置来转化为机械能，也可以从人自身提供能源，如皮肤表面直接产生电能或利用人体自身热能。

外骨骼机构的主要部件有驱动、控制和执行机构三个部分，这些部件一般采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动，并配备传感器实现对人的运动状态和位置的跟踪。外骨骼一般具有负重能力大、能量转换效率高、可穿戴性好等优点。

外骨骼的应用场景

外骨骼在军事领域应用较为广泛，例如美军的外骨骼机器人、俄罗斯的“轻武器”机器人等。

在军事领域，外骨骼机器人可以减轻士兵负重，提高士兵体能和战斗技能；在民用领域，外骨骼作为一种新型智能机械装备，能够协助人体完成各种工作或活动。目前，外骨骼主要应用于残疾（运动障碍）患者、残障人士的辅助行走、医疗康复等领域。

目前应用比较广泛的是下肢残疾和老年人肢体功能障碍这两个群体。

总结

外骨骼的研究方向主要有：

（1）多自由度复合假肢；

（2）外骨骼控制系统；

（3）外骨骼穿戴者功能评估、训练和穿戴可靠性研究；

（4）外骨骼运动步态分析与轨迹规划。

此外，通过将人工智能和机器人技术应用到假肢的设计中，使其具有自感知、自学习能力，实现假肢与人之间的“对话”，形成“人机合一”的新形态假肢。在此基础上，通过模拟生物神经系统与大脑之间信息传递功能，研究智能假肢对人体神经系统与运动系统的影响。

如今世界各国都在研究外骨骼的应用，我国在今年的1月18日，由工业和信息化部等十七部门印发了关于“机器人+”应用行动实施方案的通知。其中也明确提到了对发展外骨骼机器人的支持。与科幻电影中稍有不同的是，工信部此番实施方案将外骨骼机器人的发展放在养老服务方面，用以提升养老服务智慧化水平。