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中科院新型電機驅(qū)動外骨骼機器人系統(tǒng)開始調(diào)試
關(guān)鍵字: 外骨骼動力裝甲助力服鋼鐵俠世界杯中科院機器人中國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球吸引了全世界的眼球。外骨骼是目前世界上許多國家正在研制的先進技術(shù),除了能夠幫助老人、殘疾人恢復(fù)運動能力,也可以大幅度增強普通人的體力。在軍事、救援等領(lǐng)域有著廣闊的前景。據(jù)悉,中科院常州先進制造技術(shù)研究所目前也在進行外骨骼技術(shù)的研究,他們研制的EXOP-1外骨骼系統(tǒng)開始進行系統(tǒng)調(diào)試,即將進入測試階段。而這還并非中國唯一正在進行的外骨骼研制項目,目前公開報道過的正在進行外骨骼相關(guān)技術(shù)研制的機構(gòu)還包括中科院合肥智能機械研究所和解放軍南京總醫(yī)院。從圖片上來看,常州先進所的這套外骨骼完整性是國內(nèi)公開的外骨骼系統(tǒng)中最高者。
從系統(tǒng)完整性和先進性角度而言,中科院常州先進所研制的這套系統(tǒng)是國內(nèi)目前公開同類系統(tǒng)中最高的。不過目前為止這套系統(tǒng)還只包括了腰腿部分,尚未制作輔助手臂運動的上肢系統(tǒng)
今年3月,中科院常州先進所科研項目辦公室主任、副研究員陳劍向記者展示了該所正在研制的EXOP-1(認知外骨骼機器人1號)外骨骼機器人。據(jù)記者了解,目前研制團隊正在對系統(tǒng)進行調(diào)試,即將進入測試階段。
被懸掛在先進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,在對應(yīng)穿戴者腰腿位置設(shè)有9處固定帶,裝有22個傳感器, 6個驅(qū)動器和1個控制器,重約20公斤。
據(jù)介紹,穿戴上這套外骨骼后,力量會有大幅度的提高。“每條腿都有3個電機,每個電機對應(yīng)了腿部的人體的髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié),通過電機,達到給每個關(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
中科院合肥智能機械所2005年開始研制的外骨骼系統(tǒng)原理樣機
一套外骨骼系統(tǒng)造價在30萬元以內(nèi)。從3月份立項,到搭建本體、做控制程度、傳感器,陳劍和他的團隊相繼攻克了降低機器人重量、電機聯(lián)調(diào)和如何準確獲取運動意圖等難題,預(yù)計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器人的“腳上”,然后再將小腿、大腿和腰部與機器人固定在一起,打開開關(guān)后,準備行走。只見陳劍輕輕一抬腿,機器人很快就感知到了這個動作,以幾乎相同的角度屈伸跨步。
據(jù)陳劍介紹,按驅(qū)動方式分,目前世界上研制的外骨骼機器人有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電機驅(qū)動,而他們研制的就是第三種。“就像我剛剛做的動作,人要抬腿走路時,會產(chǎn)生一個運動趨勢,這個信號傳達給足底的傳感器,反應(yīng)到大小腿肌肉,再傳達給控制器和驅(qū)動器,繼而自動設(shè)定關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度,系統(tǒng)本身通過檢測壓力變化和人體姿態(tài)變化,解讀運動意圖,推動人體行走,達到相一致的動作,這就是機器人的工作原理。”
而在世界杯亮相的這一套外骨骼機器人系統(tǒng),由加州伯克利分校研制。先進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。
美國防先進計劃署提出研制的“勇士織衣”系統(tǒng),是一套面向未來的戰(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
它是通過一個頭盔,監(jiān)測截癱患者的大腦神經(jīng)信號,信號將傳輸給外骨骼機器人系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)患者的意念展開行動,從而實現(xiàn)站立、行走。“但是,這種信號傳遞方式,有諸多的不穩(wěn)定性,因為腦電識別的動作也是有限的。”
“在美國,外骨骼機器人通過不斷調(diào)整功能,成為可以多功能地輔助人體機能的系統(tǒng)。”陳劍告訴記者,當時外骨骼的運用主要分為兩類,一類是軍用,以負重為主,另一類是商用,全身性地以增強人體功能。
事實上,在民用領(lǐng)域,外骨骼機器人也可以廣泛應(yīng)用于登山、旅游、消防、救災(zāi)等需要背負沉重的物資、裝備而車輛又無法使用的情況。
而陳劍團隊研制的,屬于助力負重型的機器人。陳劍比了個形象的概念:假如你要負重200斤的東西,穿上外骨骼機器人,這件事情就變得輕而易舉。“其中80%的重量都能通過機器人助力。”
EXOP-1計劃承受負重70公斤,其中助力功預(yù)計達到70%以上,目前已有多地消防公安部門有預(yù)訂意向。“我們設(shè)計的外骨骼是給正常人穿戴的,可以運用在消防救火上,幫助消防員負重滅火物資。”
目前,他們團隊的第二代認知外骨骼機器人也已經(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,也不是沒有可能。”
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