几种外骨骼机器人技术详解课件.ppt

外骨骼机器人 1 外骨骼机器人 2 外骨骼机器人 将人的智力和机器人的 体力 完美结合 在助力 助老 助残及军事领域有广阔应用前景 BLEEX外骨骼机器人 研发背景 加州大学伯克利分校于2000年在美国国防部 增强人体机能的外骨骼 EHPA 项目的资助下 研制一种机器骨骼 未来士兵佩戴外骨骼机器人后 将成为一名超级士兵 可携载更多的武器装备 火力威力增强 防护水平提高 同时可克服任何障碍 高速前进 不会产生疲劳感 2005年进行外骨骼 BLEEX 样机试验测试 科幻中的超级战士 佩戴BLEEX的士兵 BLEEX外骨骼 技术指标 BLEEX有两个动力拟人腿 单腿有7DOF 髋关节3DOF 膝关节1DOF 踝关节3DOF 连杆采用轻质钛合金材料混合液动 电动能量供给单元 能源可维持20h持续工作直线液压驱动 小巧 轻质 大力 自重38kg 最大负载37kg 最大负载步行速度0 9m s 无负载步行速度1 3m s BLEEX外骨骼 关键技术 拟人化结构设计技术 BLEEX外骨骼 关键技术 BLEEX的关节与人下肢关节匹配 连杆长度可调 BLEEX外骨骼 关键技术 BLEEX的受驱动关节都装有航空轴承 克服偏轴距和摩擦力的影响 保持小断面 无间隙和低摩擦特性 BLEEX每条腿装有40多个不同类型传感器 实时获取运动及力等信息 BLEEX外骨骼 关键技术 依据传感器信息 基于最小化人机交互作用设计控制策略 控制BLEEX伴随人体运动 保证了人体运动的安全 自由 BLEEX外骨骼 关键技术 混合能量供给单元 液压驱动关节运动 电源供给传感 计算和控制系统 电路采用高速同步环状网络拓扑结构 保证数据采集 处理的实时性 BLEEX外骨骼技术拓展 为市场化BLEXX技术成立的BerkelyBionics公司 研发了第二代军用外骨骼ExoHiker 和ExoClimber ExoHiker ExoClimber 为大负载 长时工作设计自重14kg 负载68kg佩戴1磅的电池 以4km h的速度 行进70km噪声微小穿戴后不妨碍驾驶车辆 除了大负载和长时特征 可以快速上下台阶 斜坡自重22kg 负载68kg佩戴1磅的电池 在最大负载条件下 至少爬183m斜坡噪声类似一台办公打印机 BLEEX外骨骼技术拓展 BerkelyBionics公司于2009年研发了第三代军用外骨骼HULC HULC使用者可灵活的进行下蹲 匍伏和上肢举重自重24kg 最大负载90kg 适用身高1 62m至1 87m的使用者 使用者30s内可以脱下持续最大速度11km h 爆发速度16km h8块锂电池可供HULC工作96小时 HAL外骨骼机器人 研发意义 随着老年人口的增多 助老成为许多国家面临的关键社会问题提高肢体残疾患者自主生活 工作能力一直是全世界助残事业的重点增强体力劳动者的劳动能力 辅助劳动者在危险环境 如地震灾区 中尽快完成繁重劳动 HAL外骨骼机器人旨在辅助体弱或运动不便人群正常运动 并能增强劳动者体力 提高劳动者的工作效率 2019 12 20 13 可编辑 2019 12 20 14 可编辑 HAL外骨骼机器人 研发历程 HAL HybridAssistiveLimb 由的山海嘉之教授创立Cyberdyne公司研制 HAL 5于2005年亮相爱知世博会 并获最佳发明奖 2012年已有130多家医疗机构使用 2013年成为世界上首个获得全球安全认证的外骨骼机器人 HAL外骨骼机器人 技术指标 HAL 5是全身型外骨骼系统 高1 6m 重约23kg 下肢约15kg全身共26DOF 每条腿有8DOF充电电池 工作电压100V连续工作时间2小时40分实现站 坐 走 蹲及上下台阶等运动最大负载70kg行走速度可达到4km h使用前 需要30分钟的训练 HAL外骨骼机器人 关键技术 电机驱动各个运动关节 HAL包括EMG电极 足底压力传感器 编码器等多种记录人机运动状态的传感器 信息传输到中央处理器进行分析处理 HAL外骨骼机器人 关键技术 HAL通过捕获激发人体运动的神经电信号 肌电信号 识别人的运动意图 基于运动意图实现自主控制 HAL外骨骼机器人 关键技术 HAL基于人体运动步态分析 记忆使用者的运动特征作为参考值 控制外骨骼实现平滑运动 HAL外骨骼机器人 关键技术 HAL的双控制系统设计 步态参考模型 运动意图估计 HAL外骨骼机器人 应用实例 HAL辅助残疾患者进行康复训练 提升患者训练的自主性 提高康复效率 到2013年 已有160套HAL外骨骼在医疗机构应用于康复训练测试 HAL外骨骼机器人 应用实例 HAL最新产品应用于福岛核电站的清理工作 外骨骼可以防止核辐射 极大提高工作效率 HAL外骨骼机器人 市场分析 HAL康复设备已于2008年市场化 目前仅在日本向公共机构出租 租金每个月US 2000 产品于2013年获得了全球安全认证 将投入批量化生产 预计前期每年产量500 800套 前期仍以出租的方式投入市场 对其它国家出租价格每月US 1300 US 3900 由于有巨大的市场需求 市场效益十分可观 外骨骼机器人 关键技术 外骨骼机器人技术是融合传感 控制 信息 融合 移动计算 为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术 核心部分包括以下几个方面 1 构造材料 外骨骼必须用坚韧 轻质且有弹性的复合材料制成 2 能量源 外骨骼的能量必须足以支持24小时以上 并且便携 噪声小 3 控制 使