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中科院新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)始調(diào)試
關(guān)鍵字: 外骨骼動(dòng)力裝甲助力服鋼鐵俠世界杯中科院機(jī)器人中國(guó)精造科技前沿在今年世界杯上,一位穿戴外骨骼的殘疾人開(kāi)球吸引了全世界的眼球。外骨骼是目前世界上許多國(guó)家正在研制的先進(jìn)技術(shù),除了能夠幫助老人、殘疾人恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力,也可以大幅度增強(qiáng)普通人的體力。在軍事、救援等領(lǐng)域有著廣闊的前景。據(jù)悉,中科院常州先進(jìn)制造技術(shù)研究所目前也在進(jìn)行外骨骼技術(shù)的研究,他們研制的EXOP-1外骨骼系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試,即將進(jìn)入測(cè)試階段。而這還并非中國(guó)唯一正在進(jìn)行的外骨骼研制項(xiàng)目,目前公開(kāi)報(bào)道過(guò)的正在進(jìn)行外骨骼相關(guān)技術(shù)研制的機(jī)構(gòu)還包括中科院合肥智能機(jī)械研究所和解放軍南京總醫(yī)院。從圖片上來(lái)看,常州先進(jìn)所的這套外骨骼完整性是國(guó)內(nèi)公開(kāi)的外骨骼系統(tǒng)中最高者。
從系統(tǒng)完整性和先進(jìn)性角度而言,中科院常州先進(jìn)所研制的這套系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)目前公開(kāi)同類系統(tǒng)中最高的。不過(guò)目前為止這套系統(tǒng)還只包括了腰腿部分,尚未制作輔助手臂運(yùn)動(dòng)的上肢系統(tǒng)
今年3月,中科院常州先進(jìn)所科研項(xiàng)目辦公室主任、副研究員陳劍向記者展示了該所正在研制的EXOP-1(認(rèn)知外骨骼機(jī)器人1號(hào))外骨骼機(jī)器人。據(jù)記者了解,目前研制團(tuán)隊(duì)正在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,即將進(jìn)入測(cè)試階段。
被懸掛在先進(jìn)所研究室的這套外骨骼,目前還只有下半身。其主要結(jié)構(gòu)材料為航空鋁合金,在對(duì)應(yīng)穿戴者腰腿位置設(shè)有9處固定帶,裝有22個(gè)傳感器, 6個(gè)驅(qū)動(dòng)器和1個(gè)控制器,重約20公斤。
據(jù)介紹,穿戴上這套外骨骼后,力量會(huì)有大幅度的提高。“每條腿都有3個(gè)電機(jī),每個(gè)電機(jī)對(duì)應(yīng)了腿部的人體的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié),通過(guò)電機(jī),達(dá)到給每個(gè)關(guān)節(jié)助力的作用。”在系統(tǒng)膝關(guān)節(jié)上側(cè),設(shè)置了5格檔位,身高1.7米到1.8米的人穿戴可以根據(jù)身高自行調(diào)節(jié),而鞋子也是特別定制的,每只足底裝了4個(gè)傳感器。
解放軍南京總醫(yī)院研制的外骨骼系統(tǒng),從外形上看略顯粗糙,動(dòng)力系統(tǒng)似乎只提供了膝關(guān)節(jié)助力能力
中科院合肥智能機(jī)械所2005年開(kāi)始研制的外骨骼系統(tǒng)原理樣機(jī)
一套外骨骼系統(tǒng)造價(jià)在30萬(wàn)元以內(nèi)。從3月份立項(xiàng),到搭建本體、做控制程度、傳感器,陳劍和他的團(tuán)隊(duì)相繼攻克了降低機(jī)器人重量、電機(jī)聯(lián)調(diào)和如何準(zhǔn)確獲取運(yùn)動(dòng)意圖等難題,預(yù)計(jì)本月底試制完成樣品。
為了向記者展示這套系統(tǒng)的工作方式,在工作人員的幫助下,陳劍先將腳固定在機(jī)器人的“腳上”,然后再將小腿、大腿和腰部與機(jī)器人固定在一起,打開(kāi)開(kāi)關(guān)后,準(zhǔn)備行走。只見(jiàn)陳劍輕輕一抬腿,機(jī)器人很快就感知到了這個(gè)動(dòng)作,以幾乎相同的角度屈伸跨步。
據(jù)陳劍介紹,按驅(qū)動(dòng)方式分,目前世界上研制的外骨骼機(jī)器人有液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng),而他們研制的就是第三種。“就像我剛剛做的動(dòng)作,人要抬腿走路時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),這個(gè)信號(hào)傳達(dá)給足底的傳感器,反應(yīng)到大小腿肌肉,再傳達(dá)給控制器和驅(qū)動(dòng)器,繼而自動(dòng)設(shè)定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度,系統(tǒng)本身通過(guò)檢測(cè)壓力變化和人體姿態(tài)變化,解讀運(yùn)動(dòng)意圖,推動(dòng)人體行走,達(dá)到相一致的動(dòng)作,這就是機(jī)器人的工作原理。”
而在世界杯亮相的這一套外骨骼機(jī)器人系統(tǒng),由加州伯克利分校研制。先進(jìn)所助理研究員王玉成博士分析,巴西這套外骨骼的工作原理,和他們研究的有所不同。
美國(guó)防先進(jìn)計(jì)劃署提出研制的“勇士織衣”系統(tǒng),是一套面向未來(lái)的戰(zhàn)術(shù)外骨骼系統(tǒng)
近日熱映電影《明日邊緣》中的戰(zhàn)術(shù)外骨骼系統(tǒng),可大幅增加士兵力量,并可讓士兵攜帶大量武器彈藥,提高作戰(zhàn)能力
它是通過(guò)一個(gè)頭盔,監(jiān)測(cè)截癱患者的大腦神經(jīng)信號(hào),信號(hào)將傳輸給外骨骼機(jī)器人系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)患者的意念展開(kāi)行動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)站立、行走。“但是,這種信號(hào)傳遞方式,有諸多的不穩(wěn)定性,因?yàn)槟X電識(shí)別的動(dòng)作也是有限的。”
“在美國(guó),外骨骼機(jī)器人通過(guò)不斷調(diào)整功能,成為可以多功能地輔助人體機(jī)能的系統(tǒng)。”陳劍告訴記者,當(dāng)時(shí)外骨骼的運(yùn)用主要分為兩類,一類是軍用,以負(fù)重為主,另一類是商用,全身性地以增強(qiáng)人體功能。
事實(shí)上,在民用領(lǐng)域,外骨骼機(jī)器人也可以廣泛應(yīng)用于登山、旅游、消防、救災(zāi)等需要背負(fù)沉重的物資、裝備而車輛又無(wú)法使用的情況。
而陳劍團(tuán)隊(duì)研制的,屬于助力負(fù)重型的機(jī)器人。陳劍比了個(gè)形象的概念:假如你要負(fù)重200斤的東西,穿上外骨骼機(jī)器人,這件事情就變得輕而易舉。“其中80%的重量都能通過(guò)機(jī)器人助力。”
EXOP-1計(jì)劃承受負(fù)重70公斤,其中助力功預(yù)計(jì)達(dá)到70%以上,目前已有多地消防公安部門(mén)有預(yù)訂意向。“我們?cè)O(shè)計(jì)的外骨骼是給正常人穿戴的,可以運(yùn)用在消防救火上,幫助消防員負(fù)重滅火物資。”
目前,他們團(tuán)隊(duì)的第二代認(rèn)知外骨骼機(jī)器人也已經(jīng)在研制中,相比第一代,從系統(tǒng)到助力功效,將有更大的提升。“高樓大廈著火,穿著外骨骼的‘鋼鐵蜘蛛人’去滅火,或者在災(zāi)區(qū),一拳打穿墻體救人,也不是沒(méi)有可能。”
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