外骨骼机器人的研究现状及发展趋势

尹尹

摘 要：外骨骼机器人是一种可以穿戴的机器人，可以将外部的机械动力装置的机械能量与智能结合在一起，可以起到增加人的机能，具有额外的为人提供动力的作用。近年来，外骨骼机器人发展快速，已经在工业生产，军事，科研等多个领域应用。本文作一综述讲解外骨骼机器人的研究现状以及发展趋势。

关键词：外骨骼机器人；研究现状；发展趋势

外骨骼机器人是一种可以穿在人体外的机械，是一种人工的外骨骼，有些与昆虫的外骨骼相似，能够给人体提供保护以及能量[1]。穿上外骨骼机器人的人能够轻松的完成艰难的任务。如可以让肢体残疾的人如同正常人一样站立行走。现在，外骨骼机器人的研究已经引起很多科学家的兴趣，并从仿生学的角度研究人工外骨骼，已经在工业生产，军事，科研等多个领域应用。本文作一综述讲解外骨骼机器人的研究现状以及发展趋势。

1 背景

外骨骼技术是从1960年开始研究的，美国通用研发的Hardiman外骨骼系统是最早的研究成功[2]。近年来，随着外骨骼技术的研究，已经出现外骨骼机器人，并得到广泛的使用。在民用方面，外骨骼机器人能够通过为老年人提供能量，使老年人正常的行走，提高日常生活的能力。在医疗方面，外骨骼机器人能够通过为残疾人提供保护，支撑，使残疾人能够正常的生活，减轻护理人员的工作压力，提高残疾人的生活质量。在军事方面，外骨骼机器人通过军人提供能量和保护，减少人员伤亡的情况。外骨骼机器人在多个领域发挥着巨大的作用，具有广阔的前景。

2 研究现状

随着科学技术的发展，材料技术，传感器技术，仿生学技术以及控制技术等领域出现突破，促进了外骨骼机器人系统的研发。现在，外骨骼机器人的研究和应用大多分为两大类，分别为军用和民用。在民用外骨骼机器人方面研发比较成功的是日本驻波大学HAL-5系统[3]，它主要是有内装计算机，背囊，分别分布在膝关节，髋关节的电传装置，电池感应控制设备等组成。在使用者使用时，完全通过自动的控制器进行控制，不需要使用外部控制设备以及操控器。在背包中装有所有的动力驱动，多种传感器，计算机，测量系统，无线网络，动力供应设备等，是一种可以佩戴的混合控制系统。HAL-5可以帮助使用者进行爬楼，步行，举重等活动。在军用方面方面研发比较成功的是美国的人类负重外骨骼系统[4]，它可以帮助士兵长时间负重行军。

3 发展趋势

3.1 智能化

外骨骼机器人是一种可以与人类进行密切联系的机械动力系统。在运用的过程中使用大量的传感器。随着现代传感器技术的发展，外骨骼系统对外界的感知的能力以及与使用者之间的意识的连接会更准确，另外，使用先进的探测感应装置，将来使用外骨骼系统能够在第一时间感知外界的環境，从而帮助使用摆脱危险的情况。如帮助老年人或者残疾人过马路等。

3.2 人机耦合技术

人机耦合技术是一种外骨骼机器人能够实现人机智能系统的关键技术。使用者与外骨骼技术之间的操作是双向的，另外，还可以集成多种的耦合的方式将信息耦合的渠道扩展，提高信息交流的速度。将来，外骨骼机器人与人的意识的之间配合会更加密切。

3.3 模块化

现在，外骨骼机器人系统都是使用模块化的设计理念，设计者在研发系统使使用模块化的设计，可以在不同的时代，对某一个模块使用最新的科技，而不需要对整个设计重新进行设计。在将来的外骨骼机器人的系统的设计中，会更广泛的使用模块化的设计。

3.4 微型化

目前，正在研发的外骨骼机器人系统都比较笨重，对操作以及携带造成不利的营养。随着科学技术的发展，计算机以及传感器会越来越小，因此，将来的外骨骼机器人系统也会逐渐微型化，便于携带以及使用。比如，现在的HULC系统以及HAL-5系统是将控制系统放置在背包中的，将来，可以制造出想手机一样小巧玲珑并功能强大的控制器代替背包师的控制体统。另外，各个部位的传感器也会使用更轻便的传感器代替。

4 小结

外骨骼机器人是一种新兴的技术，是一种可以穿戴的机器人，有些与昆虫的外骨骼相似，能够给人体提供保护以及能量。目前，外骨骼机器人主要在民用以及军用领域中使用，也可以在医疗领域，工业生产中使用，具有广阔的发展前景。目前，民用方面的外骨骼机器人主要是丧失部分运动能力的病人等。在军用方面主要可以提高普通士兵的能力，通过外骨骼机器人的帮助可以让普通士兵变成可以超级士兵随着现代传感器技术的发展，外骨骼系统对外界的感知的能力以及与使用者之间的意识的连接会更准确，快速，进一步提高外骨骼系统的智能化水平。外骨骼机器人研发中人机耦合技术进一步发展，可以使外骨骼机器人与人的意识的之间配合会更加密切。在将来的外骨骼机器人的系统的设计中，会更广泛的使用模块化的设计。随着科学技术的发展，计算机以及传感器会越来越小，因此，将来的外骨骼机器人系统也会逐渐微型化，便于携带以及使用。刘会勇等[5]研究的下肢外骨骼助行机器人研究现状及发展趋势研究结果与本文结果具有一致性，说明本文研究结果具有重复性以及可行性。

参考文献：

[1]李坦东，王收军，侍才洪，等.穿戴式外骨骼机器人的研究现状及趋势[J].医疗卫生装备，2016，37（9）：116-119.

[2]周加永，莫新民，张昂，等.外骨骼助力机器人研究现状与关键技术分析[J].兵器装备工程学报，2016，37（10）：99-104.

[3]胡进，侯增广，陈翼雄，等.下肢康复机器人及其交互控制方法[J].自动化学报，2014，（11）：2377-2390.

[4]周达岸，李建军.下肢外骨骼机器人的现状与展望[J].中国康复理论与实践，2013，（12）：1132-1134.

[5]刘会勇，赵青.下肢外骨骼助行机器人研究现状及发展趋势[J].机械设计与制造，2013，（8）：146-148，151.