今天打老虎 发表于 2020-8-6 17:01:02

外骨骼助力机器人的发展历史

  近日,一位身穿助力外骨骼的外卖小哥刷爆了网络。正如我们所熟知,助力外骨骼目前最多的应用是在军事领域,而民用方面很少看到相关报道。虽然相关信息不多,但是助力外骨骼机器人的探索却很早就开始了。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/679/236/19367632976_847397719.jpg

  如果要追寻助力外骨骼机器人的踪迹,可以追溯到将近200年前。19世纪,由于蒸汽机的出现,就有人萌生了以蒸汽机为动力的助力外骨骼概念。1830年英国著名插画师Robert Seymour所绘的《Walking by Steam》中提到的穿戴在人体上的蒸汽机行走机,不过这一切都只是概念设计,并没有投入研究。 如图所示。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/503/038/19367830305_847397719.jpg

  那真正的外骨骼机器人研究是什么时候开始的呢?我们来到20世纪,20世纪二三十年代人类完成了第二次科技革命,笨重、危险的蒸汽机退出历史的舞台, 取而代之的是体积小、动力足、安全性高的电力、内燃机、液压马达等新动力, 人类社会进入电气时代。在这个时候,美国通用电气研制出Hardiman全身动力外骨骼(如图3)。虽然这件“套装”由于体积、价格、操作难易度等问题影响,最终没能达到使用要求,但是这也是助力外骨骼研究的一个开端,这个时候,时间已经到了1960年。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/695/057/19442750596_847397719.jpg

  同一时期开展研究的还有美国康奈尔航空实验室的Man-Amplifier外骨骼。关注公.众.号:机械工程师笔记(ID:JXGCSBJ),可了解更多

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/440/248/19367842044_847397719.jpg

  20世纪中期,计算机的出现,为世界上的科学研究注入了新动力,同样也给助力外骨骼的研究带来了曙光。到了20世纪80年代,1971至72年贝尔格莱德大学的Vukobratovic等人研制的Powered Exoskeleton。贝尔格莱德大学的团队实行了轻量化的机构,同时提出了平衡算法,这在双足机器人研发中被广泛应用。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/795/357/19442753597_847397719.jpg

  20世纪末期,更多的企业投入到助力外骨骼机器人的研发中来。如:1978年Shulman 的Jogging Machine,1987年Monty Reed 的Lifesuit Exoskeleton,1990年G.John Dick和Eric A.Edwards的 SpringWalker, 1991年的PoweredArm。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/755/818/19367818557_847397719.jpg

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/023/567/19442765320_847397719.jpg

  在这个时期,由于外骨骼机器人的发展壮大,在电影中经常能看到外骨骼的身影。下图是利用Inventor绘制的《异形2》中的POWER LOADER的3D模型。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/443/728/19367827344_847397719.jpg

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/999/566/19294665999_847397719.jpg

  进入21世纪,助力外骨骼机器人发展迅速。美国国防高级研究计划局(DARPA)在2000年启动了“增强人体体能外骨骼(EHPA)”计划,将外骨骼机器人的研究推向高.潮。目前典型的外骨骼机器人包括美国的第二代XOS全身外骨骼、人体负重外骨骼(HULC)、“超柔”(SuperFlex)机械外骨骼、“Soft Exosuit”外骨骼、MAXFAS的手臂外骨骼系统、MIT外骨骼、BLEEX外骨骼系统、英国“矫正负重辅助装置”、法国“大力神”可穿戴外骨骼、意大利“V-盾”第一代人体脊柱外骨骼、澳大利亚新型被动式可穿戴外骨骼等。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/551/087/19442780155_847397719.jpg

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/583/428/19367824385_847397719.jpg

  2001年的日本第二代Suit with cuff actuator。关注公.众.号:机械工程师笔记(ID:JXGCSBJ),可了解更多

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/333/338/19367833333_847397719.jpg

  2005年的第二 代Stand Alone Suit,日本最新的Power-Assist Suit。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/618/908/19367809816_847397719.jpg

  目前,助力外骨骼机器人的发展已经进入爆发期,除了在军事上的应用,各国都在投入资金使其商业化,同时国内也有很多企业开始在生产中使用到助力外骨骼,于是才有了我们开头说到的身着助力骨骼的小哥。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/680/686/19294686086_847397719.jpg

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/059/747/19442747950_847397719.jpg

  科技改变生活,相信助力外骨骼的发展会越来越贴近我们的生活,改变我们的工作方式,帮助残障人士实现更健康的生活。文章最后,展示几张利用3D软件建模的助力外骨骼3D模型渲染图。关注公.众.号:机械工程师笔记(ID:JXGCSBJ),可了解更多。

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/733/638/19367836337_847397719.jpg

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/611/548/19367845116_847397719.jpg

  https://cbu01.alicdn.com/img/ibank/2020/301/687/19442786103_847397719.jpg

页: [1]
查看完整版本: 外骨骼助力机器人的发展历史