工业装配外骨骼的发展现状

进入21世纪后，随着计算机、新材料、新能源和传感等技术的突破，外骨骼机器人的研究开始复苏，并逐渐进入爆发期。

美国和日本在外骨骼机器人的研究上起步较早，研究成果和专利也更为丰富，先后加入外骨骼机器人研究的有美国伯克利仿生科技公司、美国雷神公司、美国洛克希德·马丁公司、美国哈佛大学、日本神奈川理工大学、日本Cyberdyne科技公司、韩国现代汽车集团、以色列ReWalk Robotics公司等[1]。

而中国的外骨骼机器人目前仍以学术研究为主，中国科学院、电子科技大学、北京航空航天大学等都在开展外骨骼机器人的研究[2]。

1　外骨骼机器人的分类
外骨骼机器人主要有两大应用领域，分别为增强型、康复型。

增强型主要在于军事和工业用途上；康复型主要应用于医疗领域，帮助行动不便者重获行走能力。

工业用途的外骨骼主要有3种类型：（1）工业装配外骨骼，它主要用于生产装配车间，为工人提供长时间静态支撑；（2）力量辅助型外骨骼，它主要用于力量辅助、重物搬运和工具操控；（3）工具支撑型外骨骼，它主要用于辅助支撑多种类型工具。

本文主要探讨工业装配外骨骼机器人的发展现状。

2　工业装配外骨骼
工业装配领域存在快节奏、高度重复以及费力的手部工作，装配工人往往需要以非中性的身体姿势去操纵工具，其肌肉骨骼会受到一些来自外部的机械压力和振动冲击，这些都是诱发与工作相关肌肉骨骼疾病的重要因素。

根据2013年的数据，在德国，工人每天由于肌肉骨骼疾病而损失约23.2%的有效工作时长，而且这个数字随着年龄的增长而增加：在55岁以上的人群中，这个数字已经达到了35%以上。

每年由于肌肉骨骼疾病造成的经济损失高达200亿欧元（2013年数据）。

工业装配外骨骼与力量辅助型和工具支撑型外骨骼不同，它主要应用于工业流水线，用于减轻装配工人的工作负荷，保护装配工人肌肉骨骼，减少装配工人肌肉骨骼累积损伤，从而减小装配工人患WMSDs的风险。

因此，工业装配外骨骼作为解决工人肌肉骨骼损伤问题的主要辅助工具，已成为装配领域的一个研究热点。

根据作用部位的不同，工业装配外骨骼可以分为肩部助力、腰背部助力、腿部助力三种形式。

2.1　肩部助力外骨骼
2.1.1　EksoVest
EksoVest是Ekso Bionics公司设计生产的一种肩部助力外骨骼，具有轻量级、体积小、穿戴舒适、运动灵活的特点。

它自重约4.3kg，能够调节尺寸以适应不同体型的用户穿戴，可以在工人抬起手臂的过程中提供2.2～6.8kg的助力，帮助他们完成胸部以上到头顶区域的各种操作。

该型产品已经在福特、林肯等多家企业得到了应用。

2.1.2　MATE
MATE是柯马（COMAU）公司发布的一款便携式被动肩部助力外骨骼，在手工和重复性的工作中，MATE将工人的手臂承受的大部分力转移到骨盆，减轻了工人的疲劳。

该型产品已经在汽车制造行业得到初步应用。

2.1.3　Paexo
Paexo是世界最大假肢生产企业之一的Ottobock公司于2015年推出的一款肩部助力外骨骼。

它重量只有不到2kg，活动自如，而且不需要能量供应。

可以帮助工业、物流和贸易部门的工人，显著减少在头顶和肩膀以上高度进行工作时，肩部肌肉和关节的受力情况。

2.2　腰背部助力外骨骼
2.2.1　BackX
BackX是SuitX公司设计生产的一种腰背部助力外骨骼，它能在佩戴者弯腰、举起物体、弯曲或伸展时，为佩戴者提供助力，将佩戴者下背部区域上的力和扭矩平均降低60%，降低工人背部受伤的风险。

2.2.2　Laevo V2
Laevo V2是一款由荷兰Laevo exoskelet公司生产的可穿戴腰部和背部助力外骨骼。

它结构简单，适合各种姿势，能将其他部位的受力转移到大腿上，显著降低脊椎和背部肌肉承受的力，保护腰部和背部。

2.3　腿部助力外骨骼
2.3.1　LegX
LegX是SuitX一种腿部助力外骨骼，允许佩戴者反复或长时间蹲下，减少膝关节和腿部肌肉肌的受力。

它能够智能识别行走、上/下楼梯和蹲坐，使行动畅通无阻，仅在需要时提供支撑。

2.3.2　Chairless Chair
Chairless Chair是一款由NOONEE
力外骨骼。

（宁夏天地奔牛实业集团有限公司北京研发中心，北京 100013）
摘　要：论述了外骨骼机器人的发展过程、主要类型和应用场景，总结了国内外技术研究现状，重点介绍了当前市场能提供的三类外骨骼产品的特点，同时分析了外骨骼机器人在技术发展与市场推广过程中面临的主要问题与困境，为外骨骼机器人的发展与推广提供了思路。

关键词：可穿戴外骨骼助力机器人
发展变化很快。

这对于技术自身的发展是好事，但对用户来说则不然。

用户只需要等待较短的时间即可等来下一代产品，功能与性能得到提升，价格降低，这使得之前的产品显得折旧过快。

而且某一代产品的生产线维持时间短，产品后续的使用、维护极有可能面临配件缺乏的困境。

（2）外骨骼技术正处于快速发展成长期，市场上能提供外骨骼产品的厂家数量众多，技术方案各异，技术水平参差不齐，给用户选择产品带来了困难。

（3）当前市场上只有一些国外企业能够提供相对成熟的外骨骼产品，价格较高，不利于产品的大规模推广。

（4）外骨骼产品未得到大规模应用与验证，其技术水平、效果、可靠性、安全性都未得到验证。

在使用过程中需要固定到人体上，但是人体结构不是完全相同的，导致外骨骼机器人难以普遍适应所有人群。

外骨骼在使用过程中需要与人体紧密接触，产品的安全性也需要时间的检验。

（5）工业装配外骨骼普遍只能起到辅助定姿的作用，不能提供动力。

4　结语
随着社会进步和劳动力成本的上升，装配工人的健康问题越来越受到重视，高处作业和肌肉骨骼疾病之间的直接关系已被证实。

同时由于人们生活水平的提高和人口老龄化的到来，降低劳动强度，改善工人的劳动环境将成为必然趋势。

外骨骼提供的外力辅助有助于减少与工作相关规模推广应用还有一段距离。

参考文献
[1]卢军.助力外骨骼机器人随动控制算法设计与实现[D].成都：
电子科技大学，2016.
[2]张建中，胡化增，张广浩，等.下肢外骨骼机器人研究现状及
发展趋势[J].科技创新与应用，2018，（29）：72-73.
Development of Exoskeleton in Industrial Assembly
TIAN Dafei, WANG Zhe
(Beijing R & D Center of Ningxia Tiandi Benniu Industrial Group Co., Ltd., Beijing 100013)
Abstract: This paper discusses the development process, main types and application scenarios of exoskeleton robot, summarizes the current situation of technology research at home and abroad, and focuses on the characteristics of three kinds of exoskeleton products available in the current market. This paper analyzes the main problems and dilemmas of exoskeleton robot in the process of technology development and market promotion, and provides ideas for the development and promotion of exoskeleton robot.
Key words: wearable, exoskeleton, power assisted robot
（上接第154页）
4　结语
创新机械制造技术方法，是促进机械行业健康、长效发展的重要支撑。

将3D打印技术融合于机械行业，有助于促进行业的持续发展，创造出更多的价值与效益。

但现阶段，限制3D打印技术普及的因素较多，这就要求在技术普及过程中对症下药，解除限制因素，最大限度地完善产品生产工艺流程，持续提升复杂机械产品的生产效率与质量，减少损耗，充分体现其技术优势。

参考文献
[1]熊志宏，田佳鑫，朱灿阳，等.机械领域专业中3D打印技术
的应用探究与实验改革[J].科技资讯，2019，（20）：58-59.
[2]吴颖萍，严小丽，周迎雪.3D打印技术在建筑业发展中的影响
因素研究[J].建筑科学，2019，（10）：170-175，190. [3]秦望，白海清，贾仕奎，等.基于螺杆挤出式3D打印成型设
备结构设计[J].塑料工业，2019，（9）：66-69.
Discussion on the Popularization of 3D Printing in Machinery Industry
YU Shaojia
(Nanning Branch of Guilin University of Technology, Chongzuo 532100)
Abstract: On the basis of expounding the development status and application significance of 3D printing, this paper
printing in the machinery industry, and
development.
Key words: mechanical。