全副武装机械外骨骼PPT课件.ppt

全副武装的机械外骨骼 更新时间 2014 3 11 上海海基盛元软件科技有限公司 1 资讯 3D打印机械外骨骼帮助瘫痪者重获自由松下将于2015年量产商用机械外骨骼瘫痪少年穿戴机械外骨骼将为2014世界杯开球机械外骨骼从科幻走到现实EythorBender在TED上展示用于战争和医疗的机械外骨骼日本Cyberdyne公司研发人脑控制的机械外骨骼HAL 上海海基盛元软件科技有限公司 2 问答 机械外骨骼如何解决手指设计问题 如果只是单单使用各种工具武器 个人觉得没有必要设计手部在手部加装机械对手部灵活速度影响很大 比如使用武器扣动扳机时需要人体的指令感应传导一系列还有机械的反应输出 这个过程以及精度都对手部灵活速度影响很大 如果楼主设计的是机器人那我没什么可说的但外骨骼手部真心觉得没必要 以我看来 从发明机械外骨骼的初衷来看是提高士兵负重能力的 若是动力装甲甚至还能防小口径子弹 甚至能防水防电防辐射等 所以要是我我就放弃强化手掌部位尽量保留手感和灵敏度 神枪手若没了手感感觉也是一般枪手水平 反正有了外骨骼提高负重打不了多背几个RPG也一样拉 至于放弃强化手掌部位就像练了铁砂掌虽然防御变强了但手感就变差了 搞不好连捡个米粒大的东西都费劲 所以戴柔软的特殊材料做的手套再给手背指背弄上钢化甲片 这样不降低手指灵活性还能提高点点防御 你给手掌弄再厚的装甲也禁不起大口径枪械攻击 至于想用机械外骨骼举起重物嘛 这个可以弄个外挂装置 就是比如搬重物时不想伤到手掌可以给手掌部位再弄个装置保护就好了 雷神系列貌似手臂弄了个钩子 上海海基盛元软件科技有限公司 3 机械外骨骼的受力部位在哪里 脊椎类生物的主要受力点都在腰部的 所以外骨骼的腰部设计最主要的 机械外骨骼在设计机械结构的时候都需要注意哪些问题 由于机械外骨骼的受力部分主要是在下肢 因此为了达到减轻负重者负载从而节省体能的目的 就要求所设计的下肢必须能够承受足够强度的压力 因此对于机械外骨骼下肢机械结构的分析与设计也成为一大热点和难点 下肢外骨骼是一种新型的具有可穿戴性能的机械装置 从人机一体化智能系统理论的观点出发 它是一种人主机辅的人机一体化系统 国内有学者研究了这一方向的问题并且指出 外骨骼结构能够穿着在人的身上 除满足行走需要的基本条件外 还必须考虑到以下三个方面的要求 安全性 外骨骼与人体协调共处 二者不能发生冲突 兼容性 外骨骼的肢体几何尺寸能够调节 以适应不同的穿着者 舒适性 增加人机接触缓冲装置 提高舒适性 除此之外 也有多种用于辅助进行康复运动的外骨骼和上肢外骨骼 对其相应机械结构的设计也已取得较大的进展 比如 为了实现远程控制功能而提出的上肢外骨骼的结构设计之一便是采用 并联三自由度 四连杆机构 并联三自由度机构 来实现外骨骼 肩 肘 腕 关节的联动 上海海基盛元软件科技有限公司 4 研究机械外骨骼在理论研究阶段都用哪些软件仿真 目前的理论研究主要是基于adams仿真软件 solidworks或Pro E等三维造型软件 通过分别建立适用于身体各个部位的各种数学模型而进行的运动学 动力学分析 为了保证理论分析的准确性 往往需要建立上肢 下肢等外骨骼结构的模型 并通过MATLAB软件中的simulink和SimMechanics的控制运用ADAMS仿真软件对这些模型的仿真模拟 设置各项参数执行仿真 从而获得保持外骨骼系统稳定的运动 动力数据 上海海基盛元软件科技有限公司 5 现在外骨骼机器人都应用在哪些领域 从技术上说 外骨骼机器人是从仿生的角度实现的一种机器人 其本质是一种机器人 它可以赋予穿戴外骨骼的人部分或全部动物外骨骼所具有的功能 主要包括 支撑功能 保护功能 运动功能 环境感知功能 区别于其他机器人 外骨骼机器人是 人在回路中 的一个系统 其操作者也是控制系统中的一个组成部分 而且是人主机辅的控制系统 在这个系统中 操作者是控制回路的中枢 处于信息的集成和决策的地位 而外骨骼则处于数据采集扮演和执行者的角色 尽管目前已经出现了多种外骨骼机器人 但与理想的外骨骼机器人还有一定的差距 譬如 外骨骼机械系统设计和自由度等都要求与人体的结构和自由度相匹配 研发轻便 高效的自给能源装置 工作延续性 反应速度等等 随着能源 材料和控制技术的不断进步 外骨骼机器人在军用和民用方面大有潜力可挖 外骨骼机器人涉及机械 电子 控制 计算机 传感器等学科领域 是多种高新科技的集成 随着科技的不断创新与进步 外骨骼机器人可以逐步向智能化 模块化 微型化发展 进一步提高人机耦合技术 其功能也就越强大 未来的外骨骼机器人会更加适合操作者 上海海基盛元软件科技有限公司 6 关于外骨骼机器人国外的研究现状怎么样啊 人体外骨骼助力机器人起源于美国1966年的哈德曼助力机器人的设想及研发 到今天整体仍处于研发阶段 能源供给装置以及高度符合人体动作敏捷及准确程度要求的控制系统和力的传递装置都有待大力投入研发和试验尝试 以下是近些年有代表性的研究成果 1日本外骨骼机器人HAL3它由筑波大学研发 功能为 帮助人行走 起立 坐下等下肢动作的动力辅助机器 机器人套装 Robotsuit HAL HabridAssistLegs 该机器人主要由无线LAN 区域网 系统 电池组 电机及减速器 传感器 地板反应力传感器 表面肌电传感器 角度传感器 执行机构等组成 总重约17千克 设备较重 动力传动采用电机 减速器 外骨骼机构的方法 能够根据人体的动作意愿自动调整装置的助力大小 市场规划 将主要面向高龄护理 残疾人辅助 消防及警察等危险作业的用途 并且加强运动娱乐用途市场的开发力度 将针对各种用途进行HAL的设计生产 2以色列 外骨骼 助力装置ReWalk埃尔格医学技术公司研发的 ReWalk 用一副拐杖帮助维持身体平衡 由电动腿部支架 身体传感器和一个背包组成 背包内有一个计算器控制盒以及可再充电的蓄电池 使用者可以用遥控腰带选定某种设置 如站 坐 走 爬等 然后向前倾 激活身体传感器 使机械腿处于运动之中 主要用来助瘫痪者恢复行走能力 动力传动采用电机 减速器 外骨骼机构的方法 运动模式主要是装置带动人体动作 装置的助力大小由控制系统设定 不能跟随人的动作意愿而随时改变 市场规划主要是针对下肢瘫痪的顾客进行产品开发 上海海基盛元软件科技有限公司 7 3美国伯克利大学军方合作项目 外骨骼助力机器人士兵服该装置名为伯克利低位肢体外骨骼 BerkeleyLowerExtremityEXOSkeleton 或称作布利克斯 BLEEX 是高级防御研究工程机构设计出来的 尝试将自动机械支柱与人的双腿相连 以降低负重 从而使步兵能够在负载更重的情况下行进更长的路程 这套设备主要由燃料供给及发动机系统 控制及检测系统 液压传动系统及外骨骼机构 使用这种装置的人要通过传动带将自身的腿与机械外骨骼的腿相连 背上要背一个装有发动机 控制系统的大背包 背包中同时还留有承载有效载荷的空间 动力传动过程为 发动机 液压系统 外骨骼机构 该装置能平衡掉设备的自重 有50千克 使人穿着时无负载感觉 且控制系统将保证它的重心始终是在使用者的双脚上 该装置的背包中还可负载32千克重量 而对使用者而言 他则只感觉像是背了2千克一样 这种装置除了帮助士兵外 还可以协助医疗人员将伤员撤离开危险地区或使消防员能够携带很重的设备攀登上更多的楼层 4美国另一个军事合作项目 代表助力外骨骼机器人最新水平的RaytheonSarcosXOS 外骨骼 XOS 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 DARPA 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 它的控制思想同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 而BLEEX是下肢外骨骼机器人 XOS 动作较从前的外骨骼设备动作要敏捷的多并且强有力 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 当穿上 XOS 时 能举起90 7kg的重物而人体感觉只有9千克 能连续举50 500次 但目前 XOS 有一个重大缺陷 就是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 上海海基盛元软件科技有限公司 8 制作机械外骨骼用什么材料最好 军用钛合金 一般普通钢管 铝合金就可以了 机械外骨骼机器人研制的最大瓶颈是什么 两个问题 一个是动力 然后它还需要小但是功能强大的传动装置 一套灵敏但是又不能太灵敏的动作控制系统 以 阿凡达 为例子 外骨骼必须成为士兵的机械影子 必须能及时地模仿他的每个动作 即使是毫秒的迟疑也会造成负担 让士兵感觉像行走在水中一样费力 因此它的感应器必须能够以每秒几千次的速度读懂施加在它全身的每个轻微动作 它的微处理器必须足够强大 能把这些数据及时转换成指令传送给机械四肢 使它们与内部穿着者的行动协调一致 并且这过程中操作者的各种没必要的小动作以及动作过程中的不配合情况 还要由电脑 翻译 后以最有效的动作平滑地反应到机体上 而传动装置 传统的液压实在是过于的迟缓 而且会增加重量 占用空间 因此首选的就是类似人工肌肉这样的材料 最后是动力 动力不一定是蓄电池 但是肯定不是柴油机 即便是像AS那种大型机器人用的也是性能更优秀的燃气涡轮引擎搭配高电容的电池组 上海海基盛元软件科技有限公司 9 机械外骨骼原理是什么 机械外骨骼原理就是用高功率密度的驱动装置 非刚性连接套装在人体外 辅助人类肢体运动 是一种柔性 智能驱动系统 有几个特点 首先 在力学传动原理上 与汽车的助力转向系统类似 载重汽车最早使用液压助力转向系统 现在也有液压与机电混合 或者单纯电动的助力转向系统 有的轿车上也开始采用啦 通俗地说 就是原来要用100牛顿 米的扭矩转动汽车的方向盘 有了助力装置 将可能用10牛顿 米的扭矩就可以转动汽车的方向盘了 然后机械外骨骼的动力驱动系统应当非自锁 通俗地说 就是人强制扭动就能对抗助力系统的驱动 避免助力系统非正常驱动而造成被驱动人体骨折 例如汽车雨刮 汽车电动锁 汽车车窗驱动系统 一般是采用蜗轮传动副 本身就有自锁特点 简单地说 当切断电源 就不能用手转动雨刮 对于助力系统 就将人的姿态给 定格 下来了 上海海基盛元软件科技有限公司 10 机械外骨骼的动力驱动系统最难实现的关键是要重量轻 驱动力矩大而且非 自锁 且不说在动力系统的设计上 非 自锁 的驱动装置功率密度一定要远远低于 自锁 的驱动装置 这套装置既要能辅助老年人和运动障碍人士搬运重物 攀爬楼梯 又要求自重轻 同时要求可靠性高 动力寿命长 简单地说 就是平均发生故障的时间长 不产生恶性人体伤害事故 以中国一般的工业基础能力 一套机械外骨骼的总重量低于200公斤都困难 所以就没有实用价值 对于非作战的 日常生活实用的机械外骨骼系统自身的重量 工业发达国家可以做到50公斤的数量级 其价格同时也居高不下 这就是功率密度和功率重量指标 机械外骨骼系统的驱动系统基本上都是高强度 加工精确 十分耐磨 韧性好的金属材料 碳纤维之类的复合材料没有多少用武之地 国内的冶炼水平差距巨大 加工的机床设备国内差距也一样遥远 例如要使用非圆曲面的齿轮加工 缸体研磨 优秀的热处理等等先进加工手段 通常的旋转电动机驱动系统 液压动力系统 都可以用于机械外骨骼 从发展上来看 可以是传统的谐波挠性传动机构 历史悠久的记忆合金 新兴的人工肌肉 气动机构不适合于应用在这种场合 上海海基盛元软件科技有限公司 11 文库 浅谈空气驱动的下肢机械外骨骼设计 pdf人口老龄化已成为当今世界的一个突出的社会问题 退休人口数量增加 人类寿命延长及少子化趋势加速 社会有两个严重问题是劳动力的匮乏和越来越多的老年人需要年轻人来照顾 我们需要一种机器用以辅助体弱者及中老年人运动 来帮助这部分人提高他们的自理能力和改善他们的生活质量 单兵外骨骼结构与运动分析 pdf单兵外骨骼是一种通过穿戴在士兵身上 提高人体负荷和速度 含有动力源的机械装置 由于可以携带更多的重物 并辅助加快运动速度 因此在现代战争中 如长距离行走 运送给养 防护等方面 应用前景巨大 能有效提高士兵生存几卒和作战效率 本文通过分析机械外骨骼技术的结构和运动 探讨特该技术应用于现代单兵装备的理论基础 上海海基盛元软件科技有限公司 12 可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统可靠性及应用伦理问题研究 pdf近年来 外骨骼系统已成为机器人 机电一体化 人工智能等研究领域的热点 但值得一提的是外骨骼系统需要人穿戴外骨骼进行操作 外骨骼任何一个 非理性 的动作都可能对操作者造成严重的伤害 因此 外骨骼系统必须有很高的可靠性 本文提出了可穿戴式柔性外骨骼人机智能系统可靠性设计原则 并建议对可能引起伦理争议的系统应用进行约束 基于ANSYS的携行式外骨骼背架结构研究 pdf以PPS材料制作的携行式外骨骼系统背架结构为研究对象 以60kg为承载负荷 对背架结构的无支撑弯曲 人体支撑弯曲 人体支撑侧摆三种工况进行有限元分析 并获得背架结构在各工况下的整体应力分布及特定路径下的应力和变形分布 经分析得知 在无支撑弯曲工况下背架结构将产生巨大的集中应力与变形 因此应尽量避免在该工况下进行运动 上海海基盛元软件科技有限公司 13 七自由度虚拟外骨骼运动仿真研究 pdf研究人体运动的真实关节状态 针对地面反作用力对外骨骼系统的影响 单纯数学模型不准确 为解决上述问题 提出了根据机械模块 SimMechanics 的建模方法 利用D H DenavitHartenbergmodel 运动模型建立外骨骼的机械连杆模型 并作为虚拟建模的对象 引入速度阈值 解决地面反作用力的不连续问外骨骼机械手臂的运动分析及伺服控制 pdf用三维软件UG对外骨骼机械手臂的结构进行设计 根据外骨骼机械手臂结构进行力学分析以及稳定性研究 研制一套可穿戴的外骨骼机械手臂 可实现手臂的负重和残疾人手臂的康复训练 建立机械手臂的物理模型 研究平衡阀和伺服换向阀的工作稳定特性 对手臂控制的稳定性做一定分析 研究结果表明 设计的外骨骼机械手臂满足设计要求 上海海基盛元软件科技有限公司 14 外骨骼机器人发展趋势研究 pdf外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人 它将人的智能与外部机械动力装置的机械能量结合在一起 可以给人提供额外的动力或能力 增强人体机能 近年来外骨骼机器人的研究开发已经成为一个新的热点 并在军事 科研 工业生产和日常生活中逐步得到了广泛的应用 随着科技的发展 外骨骼机器人技术也在不断发展与创新 具有广阔的应用和发展前景 外骨骼助力机器人结构设计及动力学仿真 pdf采用人机合一的下肢外骨骼助力装置 是未来单兵提高携行 机动能力的先进方式 而智能化的助力机械结构设计与合理的驱动选择布置 是确保外骨骼助力机器人可靠工作的关键 本文通过对人体结构与人体行走运动机理的分析 进行外骨骼机械结构的初步设计 并从电控 驱动及结构减重等方面进行考虑 对外骨骼机械结构进行优化设计 并获得三维模 上海海基盛元软件科技有限公司 15 携行式外骨骼机械结构应力测试试验研究 pdf以携行式外骨骼为研究对象 使用Ansys软件 建立机械结构的有限元模型 采用自由度耦合方法 对铰点位置进行处理 计算获得其应力结果 使用静态电阻应变仪 对物理样机进行应力测试 实验结果表明 实际测试得到的应力结果与有限元计算结果的吻合性良好 所得数据真实可信 可为携行式外骨骼机械结构的应力测试提供一种实际应用的方法机械外骨骼在残疾人辅具和生活辅具中的应用 pdf机械外骨骼是一种旨在通过穿戴在人身上 类似于盔甲 全面提高人体各方面的机能的机械 旨在帮助残疾人恢复功能以及老年人和运动功能障碍者改善生活质量等 根据是否含有动力源将机械外骨骼分为两类 一类含动力源 使用者的肢体完全受外骨骼控制 属于主动式 另一类不含动力源 由使用者控制自身的动作 而机械外骨骼只需要将每一个动作加以 上海海基盛元软件科技有限公司 16 下肢助力外骨骼机构设计与研究 pdf基于拉格朗日法推导了机器人动力学数学模型 建立了机器人位置控制模型 并且在MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics模块下进行了位置控制仿真分析 建立了阻抗控制模型 对机器人进行了控制仿真分析 设计研制了下肢外骨骼助力机器人系统的实验样机 并基于dSPACE半物理仿真实验平台对机器人系统进行了实验研可穿戴下肢助力机器人动力学建模及其控制研究 pdf可穿戴型助力机器人是近年来比较热门的研究领域之一 涉及机构学 机器人学 人机工程 控制理论 传感技术 信号处理等学科 可穿戴型助力机器人属于外骨骼机器人的一种 它能将人和机器人二者的优势互补 结合人类的智力与机器人的 体力 强调人的智能参与到机器人的助力控制中 通过机器人来完成单靠人自身能力无法完成