外骨骼机器人的研究发展
人体下肢外骨骼康复机器人的研究
人体下肢外骨骼康复机器人的研究人体下肢外骨骼康复机器人的研究引言随着全球人口老龄化趋势的加剧，骨骼肌肉系统疾病与下肢功能障碍问题在人们生活中变得越来越突出。
为了帮助患者恢复下肢功能，并提高其生活质量，科学家们致力于开发一种先进的康复技术。
人体下肢外骨骼康复机器人在这一领域中崭露头角，成为一种极具潜力的康复辅助工具。
本文将探讨人体下肢外骨骼康复机器人的研究现状、应用前景以及机器人技术的挑战。
1. 下肢外骨骼康复机器人的研究现状下肢外骨骼康复机器人是一种通过机器人技术将机械结构与人体下肢结合，实现康复治疗的辅助工具。
这种技术的发展可以追溯到上世纪六十年代早期，随着现代机器人技术的不断进步，下肢外骨骼康复机器人在功能、性能和安全性等方面都有了显著的改进。
现阶段，下肢外骨骼康复机器人的研究主要集中在三个方面：机械结构、动力系统和康复控制系统。
机械结构方面，研究人员通过对人体下肢生理特征的深入研究，设计了与人体骨骼结构相似的外骨骼骨架，以提供足够的支撑力和稳定性。
同时，采用轻质材料和模块化设计，使机器人更加舒适和灵活。
动力系统方面，目前主要采用液压、气压和电机等方式实现力与力矩的输出，并利用相关传感器实时监测人体肌肉力输出，以保持与人体行走协调。
康复控制系统方面，人体下肢外骨骼康复机器人通过传感器获取患者行走姿态和力度等重要信息，并采用先进的控制算法来协调机器人与人体的动作。
这种控制系统可以根据个体的需求进行自适应调整，如加强力量输入、改变步态模式等。
2. 人体下肢外骨骼康复机器人的应用前景人体下肢外骨骼康复机器人具有广阔的应用前景。
首先，它可以帮助康复患者重新恢复行走能力，截肢患者可以恢复走路，下肢麻痹患者可以提高其行走速度和稳定性。
其次，对于行走工作环境极端困难的军事、消防和救援人员，该技术可以提供额外的力量和稳定性，减少劳动强度和防止意外伤害。
此外，人体下肢外骨骼康复机器人还可以在体育训练和娱乐活动中发挥重要作用，帮助运动员提高成绩和保护身体。
国内外外骨骼机器人发展现状
国内外外骨骼机器人发展现状如下：国内发展情况：技术水平：国内外的外骨骼机器人技术都还处于不断发展和完善阶段。
国内的一些企业和科研机构已经开始在技术上取得了一些突破，如感知控制技术、人机交互技术等。
这些技术的应用使得外骨骼机器人在人机融合、智能控制等方面得到了更好的发展。
政策支持：国内政府对外骨骼机器人的发展给予了越来越多的政策支持，鼓励企业加大研发投入，加强技术创新，推动外骨骼机器人在医疗、康复、工业等领域的应用。
应用领域：国内的外骨骼机器人主要应用在医疗康复领域，如帮助截瘫患者恢复行走能力、辅助老年人行走等。
此外，在军事领域和工业领域，也有一些外骨骼机器人的应用案例。
国外发展情况：技术水平：国外在外骨骼机器人技术方面的发展相对更为成熟，一些国际知名企业和研究机构在技术上处于领先地位。
例如，美国洛克希德·马丁公司的外骨骼机器人已经应用于军事领域，帮助士兵提高负重能力和行走速度。
应用领域：国外外骨骼机器人的应用领域也相对更广泛，除了医疗、军事领域外，还在工业、救援等领域得到广泛应用。
例如，在工业领域，外骨骼机器人被用于提高工人作业能力和降低劳动强度；在救援领域，外骨骼机器人被用于帮助救援人员搬运重物和拯救生命。
投资和研发：国外外骨骼机器人的研发和投资力度相对较大，许多知名企业都将外骨骼机器人作为重点发展领域之一，投入大量资金和人力资源进行研发。
同时，国外的一些风险投资机构也对外骨骼机器人领域的初创企业进行投资，支持其技术创新和市场推广。
总的来说，国内外外骨骼机器人的发展都还处于不断发展和完善阶段，但国内外的技术水平和应用领域略有不同。
国内外的政策支持、投资和研发都在不断加强，为外骨骼机器人的进一步发展提供了有力保障。
外骨骼机器人发展前景及关键技术
外骨骼机器人发展前景及关键技术外骨骼机器人是一种具有人类运动功能增强和辅助功能的机械设备，它通过结合人体工程学、控制系统和传感技术来提供力量增强、平衡支撑、移动助力等功能。
外骨骼机器人的研发和应用为人们的生活和工作提供了更多可能性，也为医疗、救援、军事和工业领域带来了许多新的机遇。
本文将就外骨骼机器人的发展前景及关键技术进行探讨。
一、外骨骼机器人的发展前景1. 医疗保健领域外骨骼机器人在医疗领域有着巨大的市场需求和应用前景。
随着人口老龄化加速和医疗技术的进步，外骨骼机器人可以用于康复训练、残疾人辅助、手术支持等方面。
它能够帮助行动不便的人们重新获得行动能力，促进康复和生活质量的提升。
外骨骼机器人的运动辅助功能也可以减轻医护人员的工作负担，提高康复治疗效率。
2. 工业生产领域外骨骼机器人在工业领域也有着广阔的应用前景。
它可以帮助工人承担重型和危险的工作任务，提高工作效率，保障工人安全，减少工伤事故的发生。
尤其在装配、搬运、维修和清洁等领域，外骨骼机器人可以发挥巨大作用，大大提高工作效率和质量。
3. 军事和救援领域在军事领域，外骨骼机器人可用于增强士兵的装备和作战能力，提高作战效率和灵活性。
在灾害救援领域，外骨骼机器人可以帮助救援人员进入危险地区执行任务，提高救援效率和安全性。
4. 日常生活领域随着外骨骼机器人技术的不断进步，它还有望在日常生活中发挥更多作用。
可以帮助老年人和残障人士独立完成生活起居、行动，提高生活品质。
外骨骼机器人也有可能用于娱乐、体育等方面，为人们提供更多选择和乐趣。
外骨骼机器人在医疗、工业、军事和日常生活等领域都有着巨大的发展前景。
在未来的发展中，外骨骼机器人的关键技术将成为其发展的核心和基石。
二、外骨骼机器人的关键技术1. 结构设计与材料外骨骼机器人的结构设计和材料选择对其性能和实用性至关重要。
为了实现体积小、重量轻、穿着舒适、耐用性强、价格低廉等特点，需要不断改进和创新结构设计和材料制备技术。
外骨骼的研制与应用
外骨骼的研制与应用外骨骼机器人是一种类人机器人，它的运动方式类似于人类运动的方式，引入了仿生学和机器人技术，极大地推进了现代机器人的技术发展。
外骨骼机器人不仅可以协助人类完成一些危险的工作，也可以协助行动不方便或残障人士独立完成日常任务，改善他们的生活质量。
本文将重点探讨外骨骼机器人的研制历程和应用现状。
一、外骨骼机器人的研制历程外骨骼机器人最早的起源可以追溯到20世纪60年代，当时美国宇航局（NASA）研制出了一种名为“哈里森臂”的机器人手臂。
然而，真正意义上的外骨骼机器人的研制始于20世纪70年代。
当时，一位名为杰柏·鲍德温的加拿大工程师发明了一种类人机器人EXOS和CRAM。
自那时起，外骨骼机器人逐渐发展壮大。
美国锡伯利亚公司研制的“HULC”是海军陆战队士兵的辅助外骨骼，它可以接受指挥官的遥控信号，协助士兵完成搬运、救援等重型任务。
日本三菱重工公司研制的HAL外骨骼机器人则主要用于康复和改善残障人士的生活。
另外，韩国科学技术院、瑞士联邦理工学院等世界各大机构也纷纷加入到外骨骼机器人的研制中。
二、外骨骼机器人的应用现状当前，外骨骼机器人已经广泛应用在各个领域。
其中最为广泛的应用便是在军事领域。
外骨骼机器人可以协助士兵搬运重量级武器和装备，降低士兵疲劳度和身体损伤的几率。
在民用领域，外骨骼机器人也被广泛应用在残障人士的独立生活中。
例如，HAL外骨骼机器人可以通过放置电极刺激神经肌肉，协助残障人士完成走路、下楼梯和拾物等动作。
除了上述应用外，外骨骼机器人还有着广泛的发展前景。
未来，外骨骼机器人可以应用在宇航领域，协助宇航员完成一些危险或重型工作和任务。
此外，外骨骼机器人还可以应用在医疗领域，协助医生完成手术，并帮助瘫痪或骨折病人进行康复治疗。
三、外骨骼机器人的未来发展外骨骼机器人的未来发展有着广阔的前景。
目前，外骨骼机器人的技术仍处于发展初期，需要不断地进行优化和改进。
未来，外骨骼机器人的发展将主要集中在以下几个方面：1. 降低成本由于外骨骼机器人的核心部件都是高端零部件，所以制造成本很高。
外骨骼康复机器人研究现状及关键技术PPT学习教案
一、外骨骼机器人的研究现状
日本科技公司“赛百达因” 研制的HAL-5是一款半机器人， 它装有主动控制系统，肌肉通过 运动神经元获取来自大脑的神经 信号，进而移动肌与骨骼系统。 HAL(混合辅助肢体)可以探测到皮 肤表面非常微弱的信号。动力装 置根据接收的信号控制肌肉运动 。
机甲外骨骼机器人，高 约5.48m，由美国阿拉斯加 州工程师洛斯·欧文斯发明， 由内部的驾驶员操控行走。
Stelarc外骨骼是一款肌肉机器人， 外形与蜘蛛人类似，长有6条腿，直径 达到5米。它是一种混合人机，充气和 放气之后便可膨胀和收缩，与其他外骨 骼相比具有更高的灵活性。使用时，操 作人员需站在中间，控制机器朝着面部 方向移动。Stelarc外骨骼由流体肌肉 传动装置驱动，装有大量传感器。
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全；（GB24436-2009）
（3）能在不同的环境使用，如：楼梯
目前外骨骼机器人主要以蓄
，草地等。
电池供电，移动范围受到蓄电池
的容量和效率的限制,如何提高蓄 电池单位体积的容量和外骨骼的 使用效率是关键问题。
未来可以寻求新能源技术， 包括：太阳能，生物能，解决能 源发展的技术瓶颈。
体积小，质量轻，并且 能够提供足够大的力矩或扭 矩，同时要具有良好的散热 性能。
外骨骼康复机器人研究现状及关键技术
会计学
1
一、外骨骼机器人的研究现状
定义
外骨骼机器人：是一种结合了人的智能、机械动力装置和机械能量的人 机结合的可穿戴设备。按结构可将外骨骼机器人分为上肢、下肢、全身 及各类关节机器人。
应用
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一、外骨骼机器人的研究现状
日本Tmsuk公司开发的T52 Enryu， 重量近5吨，身高达3米，可用于任何灾害 的救援工作中，能帮助工作人员清理路上 的碎片，能够举起重量近1吨的重物，机 械臂则可以完成所有类型的工作。
2024年外骨骼机器人市场规模分析
2024年外骨骼机器人市场规模分析引言外骨骼机器人是一种结合机械工程、电子技术和智能控制技术的新型机器人产品。
它通过外骨骼结构，可以增强人体的力量，提高人体的运动能力。
随着人口老龄化问题的日益突出，外骨骼机器人在医疗康复和工业助力等领域的需求不断增加。
本文将对外骨骼机器人市场规模进行分析。
1. 外骨骼机器人市场概述外骨骼机器人市场是指外骨骼机器人产品在全球范围内的销售规模和市场需求。
目前，外骨骼机器人主要应用于医疗康复、工业助力和军事领域。
外骨骼机器人市场规模受到多种因素的影响，包括技术发展、市场需求和政策支持等。
2. 2024年外骨骼机器人市场规模分析2.1 市场规模根据市场研究机构的数据，外骨骼机器人市场规模自2015年起呈现快速增长的趋势。
据预测，到2025年，外骨骼机器人市场规模有望达到XX亿美元。
其中，医疗康复领域是外骨骼机器人市场的主要需求驱动因素。
2.2 市场需求外骨骼机器人市场的需求主要来源于医疗康复和工业助力领域。
随着人口老龄化程度的加深，医疗康复领域对外骨骼机器人的需求不断增加。
同时，工业助力领域的自动化需求也推动了外骨骼机器人市场的发展。
2.3 市场分布目前，外骨骼机器人市场的主要市场分布在北美地区、欧洲和亚太地区。
北美地区是外骨骼机器人市场规模最大的地区，其市场份额占据全球的XX%。
欧洲和亚太地区也是外骨骼机器人市场的重要市场，其市场规模和需求量都在不断增加。
3. 市场发展趋势3.1 技术创新外骨骼机器人市场在技术方面的创新是推动市场发展的重要因素。
随着材料科学、机械工程和智能控制技术的不断进步，外骨骼机器人的性能得到了极大提升，从而更好地满足市场需求。
3.2 价格下降外骨骼机器人市场价格的下降是市场发展的另一个重要趋势。
随着市场竞争的加剧和生产规模的扩大，外骨骼机器人的生产成本不断降低，从而使市场价格更加合理和可接受。
3.3 政策支持政府的政策支持也对外骨骼机器人市场的发展起到了积极推动的作用。
外骨骼机器人技术的研究与发展
外骨骼机器人技术的研究与发展随着科技的不断发展，外骨骼机器人技术在大众的视野中逐渐得到了关注。
外骨骼机器人是一种能够扩展人类运动能力的机器人，可以帮助残疾人士恢复行动能力，提高劳动效率，甚至在军事领域中发挥重要作用。
本文将从技术发展历程、应用领域以及未来发展方向三个方面论述外骨骼机器人技术的研究与发展。
一、技术发展历程外骨骼机器人技术的研究起源可以追溯到20世纪60年代的美国。
当时，美国国家航空航天局研究人员研制出了一种可用于开采火星矿场的外骨骼机器人，这标志着外骨骼机器人技术开始走向实用化。
进入21世纪，随着机器人技术的飞速发展以及制造材料的不断升级，外骨骼机器人技术也得到了快速的发展。
2005年，日本理化学研究所研制成功了一款名为HAL（Hybrid Assistive Limb）的外骨骼机器人，该产品可以辅助残疾人士恢复行走和使用手臂的能力。
2010年，美国加州大学伯克利分校的研究人员开发出一种金属骨骼的外骨骼机器人，以提升劳动效率和减轻工人负担。
近年来，随着我国经济发展和老龄化社会的到来，外骨骼机器人技术在我国也开始获得广泛的关注和应用。
二、应用领域外骨骼机器人技术的应用领域十分广泛。
首先是医疗领域。
外骨骼机器人可以帮助脊髓损伤和中风患者恢复行走能力，让他们重获自由。
同时，在手术室中，外骨骼机器人也可以普及，可以为医护人员提供更加精确和稳定的运动助力，从而减少手术风险。
另外，外骨骼机器人技术在军事领域中也能够发挥重要作用。
在战场上，士兵们会经常面临长时间负重行军的情况，使用外骨骼机器人可以大大减轻他们的负荷，提高战斗力。
同时，在复杂环境下，外骨骼机器人也能为士兵提供更好的防护和生存保障。
此外，外骨骼机器人在辅助工作中的应用也十分广泛。
比如，在工厂生产线上，外骨骼机器人可以为工人提供必要的助力，降低工伤的风险。
同时，在体育领域中，外骨骼机器人也可以辅助残疾人士参加轮椅比赛，提升比赛的公平性和观赏性。
外骨骼机器人研究与设计
外骨骼机器人研究与设计外骨骼机器人是一种可以穿在身上的机器人，它可以增强人类肢体的力量和自主移动能力。
外骨骼机器人的研发已经取得了重大的进展，这种机器人已经成为了越来越多研究机构和企业的研究重点。
一、外骨骼机器人的研究现状外骨骼机器人最初的应用是在军事领域。
2000年，美国国防部资助对外骨骼机器人的研究，研究结果表明，戴上外骨骼机器人的士兵能够在山路上扛着100多磅的装备行走。
之后，为了解决失能人群机械化帮助的问题，医学界增加了对外骨骼机器人的研究。
同时，德国开发出了专门的“机器人运动员”，使得协会残疾人可以享受到运动的乐趣。
目前，外骨骼机器人已经被广泛应用于医疗、日常生活和生产制造等领域。
在医疗领域，外骨骼机器人可以帮助瘫痪患者进行肢体康复。
在日常生活领域，外骨骼机器人可以帮助人们进行搬运货物、爬楼梯等力气活。
在生产制造领域，外骨骼机器人可以提高工人的工作效率和减少工伤。
二、外骨骼机器人的设计与原理外骨骼机器人的设计需要考虑机器人的体重、力度、稳定性和电池寿命等问题，同时还需要考虑外骨骼与人类进行有效交互的问题。
从原理上来说，外骨骼机器人包括四个主要的部分：传感器、计算机、执行器和电池。
首先是传感器，它可以读取人类的姿态和动作，以对外骨骼机器人进行控制。
然后是计算机，它用于对传感器提供的数据进行处理和分析。
执行器被用来转动电动机或液压系统，以使外骨骼机器人产生相应的力和运动。
最后是电池，它能提供给外骨骼机器人所需的电力。
三、外骨骼机器人的优势与未来展望外骨骼机器人的优势在于能够增强人类的肢体功能，并且帮助人们完成一些重体力活，减轻了工人们的负担，提高了工作效率，同时也使得瘫痪患者可以完成肢体康复训练。
另外，外骨骼机器人的应用未来还将不断拓宽，应用场景也将更加多样化，例如，外骨骼机器人可以被用来支持太空步行、远程医疗等方面。
总之，外骨骼机器人的研究和设计离不开数学、力学、材料等学科的支撑。
未来，它将会不断地被应用于人类生活的各个领域，并且有可能会成为人类生活的必需品。
机器人外骨骼技术的研究与应用前景
机器人外骨骼技术的研究与应用前景外骨骼（Exoskeleton）是一种运动辅助装置，由于其能够提高人类的体力和耐力，所以受到了广泛的关注和应用。
如果再将机器人技术与外骨骼技术相结合，就可以形成人体巨大能量的辅助外骨骼（Human Assistive Exoskeleton），即机器人外骨骼技术。
随着科学技术的进步和人们对健康生活的追求，机器人外骨骼技术正逐渐成为未来的研究与应用的热点领域。
一、机器人外骨骼技术研究现状机器人外骨骼技术的研究起源于20世纪60年代，当时主要用于军事领域。
1971年，美国的诺斯罗普公司（Northrop Grumman）研制出了全世界第一套外骨骼系统。
该系统主要用于军事方面，通过增强膝关节的力量以及帮助士兵携带沉重的负载，提高了士兵的作战能力。
近年来，机器人外骨骼技术的应用范围不断扩大，尤其是在医疗保健领域和康复治疗方面，机器人外骨骼技术显示出了巨大的潜力。
在这个领域，美国、日本和韩国等国家的科学家已经取得了一系列的研究成果。
二、机器人外骨骼技术的应用前景1. 康复领域应用机器人外骨骼技术在康复领域中的应用主要是指对肢体功能障碍患者的治疗和康复辅助。
依靠机器人外骨骼技术的力量，可以帮助康复患者进行辅助性运动，以达到肢体康复的目的。
另外，机器人外骨骼技术还可以通过陪伴康复患者做运动活动，提供心理支持，有利于患者恢复自信。
2. 重体力工作环境应用现代制造业中许多工人工作量非常大且非常危险。
机器人外骨骼技术能够替代人工完成重体力劳动，特别是在制造业和工业生产领域，通过使用机器人外骨骼技术可以大大地减少工人的伤害率和经济成本，同时也会提高劳动生产率和质量。
3. 老年人护理应用机器人外骨骼技术对于老年人来说，可以帮助他们完成一些日常活动。
例如，可以用手臂机器人来帮助老年人协助起床、穿衣、洗漱等，还可以用腿部机器人来帮助他们走路、上下楼梯等。
这样的应用将有助于解决日益加剧的老龄化问题，并且可以有效地减少护理成本。
下肢外骨骼康复机器人的研究现状和发展趋势
下肢外骨骼康复机器人是机器人领域的一大热点分 支。随着现代医疗水平的高速发展与提高，脑中风、脑 外伤和脊髓损伤导致的死亡率相对降低，人均寿命普遍 延长。然而，随之而来的人口老龄化问题日益凸显，脑 血管病和脊髓损伤等疾病带来的致残率也在逐年升高， 相关的康复治疗需求随之日益增加，尤其对于疾病引起 的偏瘫，截瘫等下肢功能不全的患者的主动与被动肢体 功能改善、代偿与替代问题。最近的研究表明，中枢神 经系统可以在受伤后进行修复重组，在神经功能恢复方 面，有意义的神经组织重组取决于康复训练期间的运动 情况。但只凭借康复医师与康复治疗师的人工康复治疗 训练，会受到治疗成本高、实施场地与设备要求严格和 医患比例紧张的制约而带来不太理想的治疗效果。因此， 对于不断增长的康复训练服务需求，康复机器人技术致 力于解决传统康复治疗的弊端。下肢外骨骼康复机器人 可设计用于临床提供给完全或不完全下肢肢体功能不全 的患者进行肌肉训练，促进患者恢复运动与感觉功能， 提高神经可塑性，代偿或替代失能下肢功能，提高患者 的日常生活活动能力，帮助患者重返家庭和社会，提高 其生活质量和幸福指数，从而减轻家庭与社会的沉重负 担。此外，下肢外骨骼机器人也可转化为助力工具，设 计应用于正常的健康人群，帮助战场士兵和各个需要承 重行业的工作人员完成快速行进运动与承重负荷卸荷的 作业任务。因此 , 下肢外骨骼机器人研究与发展对于医 疗、军队与日常生活有着深远的积极意义。本文主要介 绍下肢外骨骼康复机器人的国内外研究现状，论述其目 前存在的问题，展望其发展方向。 1 国内外研究现状 1.1 国外研究现状
机器人外骨骼技术发展趋势
机器人外骨骼技术发展趋势随着科技不断发展，机器人外骨骼技术逐渐走进了人们的视野。
机器人外骨骼是一种由高科技材料制成的可穿戴设备，其内部装有电机、气压泵、传感器等部件，可以帮助人类进行各种动作。
目前，机器人外骨骼广泛应用于医疗、工业、军事等领域，随着技术的不断进步，机器人外骨骼将具有更多的应用。
1.医疗领域机器人外骨骼在医疗领域的应用最为广泛，尤其是在康复和治疗方面。
例如，在脑卒中、脊髓损伤、帕金森病等疾病的治疗中，机器人外骨骼可以帮助患者进行康复锻炼，加速恢复过程。
此外，机器人外骨骼还可以通过传感器获取患者的生理数据，为医生提供更准确的诊断依据。
随着机器人外骨骼技术的发展，未来将出现更加智能化的康复设备。
这些设备将通过深度学习和人工智能技术进行自主控制和优化，将有助于更好地帮助患者进行恢复训练。
2.工业领域在工业领域，机器人外骨骼技术同样具有重要的应用价值。
例如，在装配生产线上，工人经常需要进行重复性劳动，容易导致手部和腰部的疲劳和伤害。
机器人外骨骼可以帮助工人减轻负担，提高工作效率。
此外，由于机器人外骨骼具有高强度、高可靠性等特点，因此还可以进行危险作业，为人类减轻风险，提高安全性。
未来，机器人外骨骼在工业领域的应用将更加广泛。
特别地，随着机器人外骨骼技术的不断发展，其智能化和自主化将不断提高，自主控制的机器人外骨骼将会成为工业生产的主要形式，大大提高了生产效率和安全性。
3.军事领域机器人外骨骼技术的应用也在军事领域得到广泛的关注，包括战场机器人、装甲车、武器与预警系统等。
例如，在爆炸物排除任务中，士兵必须在危险区域内进行搜查和排除，而机器人外骨骼可以帮助他们进行这项任务。
通过远程操控机器人外骨骼，士兵可以避免危险区域的直接接触。
此外，机器人外骨骼还可以提高士兵和装甲车的机动性和战斗力。
未来，机器人外骨骼在军事领域的应用将会更加广泛。
特别地，随着机器人外骨骼技术的不断发展，其智能化和自主化将不断提高，成为承载军事使命的重要手段。
外骨骼机器人发展
Hardiman外骨骼系统外骨骼技术研制始于I960年月的美国，最早的讨论成果是美国通用公司研发的Hardiman外骨骼系统，其主要采纳电机驱动掌握，可以轻易举起重物。
1978年，美国麻省理工学院讨论出“被动式外骨骼助力机器人”。
MIT的外骨骼下肢助力机器人能够在负载36公斤的状况下行走lm∕s,其中80%的负重被传递到地面上。
它的关节自由度配置包括微关节有3个自由度,膝关节1个自由度。
穿戴者与机器人在肩膀、腕关节、大腿和脚部连接，机器人总重量是H.7Kgo驱动方式不采纳电力驱动，只采用弹簧储能和变阻尼器驱动关节驱动。
髅关节伸/屈运动时，伸运动时弹簧释放能量，屈运动时弹簧储存能量，膝关节采用磁流变阻尼器，踝关节采用碳纤维弹簧缓冲脚后跟对地面的冲力。
传感器系统是由安装在外骨骼下肢助力机器人外壳的应变桥式应变片传感器和安装在膝关节的电位计组成。
2004年，伯克利分校研制出的下肢外骨骼机器人BLEEX是DARPA项目的第一台带移动电源和能够负重的下肢外骨骼机器人。
BLEEX由-个用于负重的背包式外架、两条动力驱动的仿生金属腿及相应动力设施组成，使用背包中的液压传动系统和箱式微型空速传感仪作为液压泵的能量来源，以全面增加人体机能。
BLEEX的每条腿具有7个自由度（微关节 3 个，膝关节1个，踝关节3个），在该装置中总共有40多个传感器以及液压驱动器，它们组成了一个类似人类神经系统的局域网。
BLEEX的负重量能达至75kg,并以0. 9m ∕s的速度行走，在没有负重的状况下，能以1.3m∕s的速度行走。
目前，洛克希德•马丁公司和伯克利分校共同研制了新一代外骨骼机器人HULC 。
这款 新型外骨骼继承了 BLEEX 的优点，对一些液压传动装置和结构进行了优化设计，不但能够 直立行进，还可完成下蹲和匍匐等多种相对简单的动作，穿上HULC 后能够明显降低人体 对氧气的消耗量。
在一次布满电后，HULC 可保证穿着者以 4. 8km∕h 的速度背负9()kg 重 物持续行进一个小时。
外骨骼机器人研究报告发展综
外骨骼机器人研究发展综述罗川摘要外骨骼机器人又称可穿戴机器人，是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的机器人。
外骨骼机器人融合了传感、控制、驱动、信息融合、移动计算等综合技术为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构。
本文介绍了外骨骼机器人的发展历史以及国外研究现状，对外骨骼机器人的关键技术：机械结构设计，驱动单元，控制策略进行了研究，分析了其技术难点最后对其发展前景进行了说明。
关键词：外骨骼机器人关键技术目录引言31.发展历史及现状31.1国外发展历史现状31.2国发展历史现状82.关键技术分析92.1外骨骼机器人的结构设计92.2外骨骼机器人驱动单元102.3外骨骼机器人的控制策略113.外骨骼机器人技术难点分析134.前景展望154.1 外骨骼机器人的研究方向154.2外骨骼机器人技术的应用15引言现代机器人所具有的机械动力装置使得机器人可以轻易地完成很多艰苦的任务，比如举起、搬运沉重的负载等。
虽然现代机器人控制技术有了长足的发展，还远达不到人的智力水平，包括决策能力和对环境的感知能力。
与此同时，人类所具有的智能是任何生物和机械装置所无法比拟的，人所能完成的任务不受人的智能的约束，而仅受人的体能的限制。
因此，将人的智能与机器人所具有的强大的机械能量结合起来，综合为一个系统，将会带来前所未有的变化，这便是外骨骼机器人的设计思想。
外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人，穿戴在操作者的身体外部，为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能，同时又融合了传感、控制、驱动、信息融合等机器人技术，使得外骨骼能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。
本文通过介绍外骨骼机器人的发展历史及研究现状进一步分析了外骨骼机器人的关键技术，并对其技术难点以及发展前景作了说明，以期在全面认识外骨骼机器人基础上对其开展进一步深入研究。
1.发展历史及现状1.1国外发展历史现状外骨骼系统的最早研究始于20世纪60年代。
1962年，美国空军就要求康奈尔航空实验室进行一项采用主从控制方式的人力放大器系统的可行性研究。
下肢康复外骨骼机器人研究
下肢康复外骨骼机器人研究摘要：康复是一种针对患有运动障碍或功能障碍的个体进行恢复和改善的治疗过程。
许多因素，如运动损伤、脑卒中、脊髓损伤和肌肉骨骼疾病，都可能导致患者丧失下肢功能。
康复领域面临着许多挑战，包括长期的治疗过程、康复效果的不确定性以及患者在康复训练中可能遇到的困难。
关键词：下肢康复；外骨骼机器人；研究引言在过去的几十年中，随着科技的进步，外骨骼机器人逐渐出现并得到了广泛的发展。
外骨骼机器人是一种结合了机械、电子和计算技术的装置，可以附着在患者的身体上，并通过传感器和运动控制系统来辅助或代替患者的肢体功能。
它们为下肢康复提供了全新的解决方案，可以帮助患者重建肌肉力量、改善步态和平衡，促进康复过程。
1. 外骨骼机器人技术原理1.1 机械结构与设计外骨骼机器人的机械结构和设计是其基础和核心。
机械结构主要由支撑骨架、关节和连接件组成，这些组件构成了一个与人体下肢相似的框架。
设计时需要考虑机器人的重量、稳定性、舒适度和便携性，以确保患者在佩戴外骨骼机器人时感到舒适且可以自由移动。
随着技术的进步，一些外骨骼机器人采用轻质材料，如碳纤维复合材料，以降低重量和提高强度。
同时，采用人体工程学原理来设计机械结构，使得外骨骼机器人与患者的身体形状更加匹配，减少不适感并提高运动效率。
1.2 传感技术与运动控制传感技术在外骨骼机器人中起着至关重要的作用，它能够实时感知患者的运动意图和姿态，从而准确地控制机器人的动作。
常见的传感器包括惯性测量单元（IMU）、压力传感器、表面肌电图（sEMG）传感器等。
IMU传感器可以测量机器人在空间中的运动和姿态，用于反馈患者的步态和平衡状态。
压力传感器可以监测脚底的接触力，帮助外骨骼机器人根据地面反馈调整支撑力度。
sEMG传感器用于测量肌肉的电活动，可以帮助机器人感知患者的运动意图，并实现与人体的协同运动。
运动控制是通过传感器获取的数据进行处理和计算，从而实现外骨骼机器人的动作控制。
外骨骼机器人技术在康复医学中的应用研究
外骨骼机器人技术在康复医学中的应用研究近年来，随着科技的不断进步，机器人技术在医疗领域中得到了广泛的应用。
其中，外骨骼机器人技术是一项重要的技术，它能够帮助患者进行康复治疗，提升其生活质量。
本文将探讨外骨骼机器人技术在康复医学中的应用研究。
一、外骨骼机器人技术的概念与发展外骨骼机器人技术，顾名思义就是指由机械装置组成的“骨骼”结构，穿戴在人的身体表面，以增强、辅助或替代肢体功能为目的的智能助力外骨骼系统。
外骨骼最初的应用对象是军事作战中伤员的康复治疗，后来逐渐扩大到广泛的民用领域。
现在，外骨骼已经开始出现在高龄化社会、残疾人康复、职业体育训练等方面。
二、外骨骼机器人技术的优势和应用外骨骼机器人技术在康复医学中的应用主要体现在以下几个方面：1、康复治疗外骨骼机器人技术能够为康复患者提供适度的支持，从而协助他们恢复肢体功能。
随着外骨骼技术的不断提升，康复治疗中已经可以实现下肢外骨骼带动下的腿部运动、上肢助力背心的辅助抬臂等功能，这些也为患者提供了更加有效的治疗手段。
2、体育训练外骨骼机器人技术能够通过增强肌力和灵活性，为职业运动员提供更高水平的训练效果。
比如在赛车运动中，穿戴上外骨骼能够在较短时间内提升技术水平，同时也降低了运动员在训练中受伤的风险。
3、日常生活外骨骼机器人技术也在逐渐服务于日常生活。
随着高龄化社会的加速发展，外骨骼技术已经逐渐在日常护理中得到应用，比如老年人穿戴上外骨骼可以帮助他们在行走等方面，提高他们的生活质量。
三、外骨骼机器人技术的应用挑战尽管外骨骼机器人技术在康复医学中的应用已经取得了一定的成果，但其发展仍然面临着一些挑战：1、技术不成熟外骨骼机器人技术目前仍处于研发阶段，尚未达到成熟的水平。
因此在应用过程中，还存在着许多技术不足之处，需要不断进行优化和改进。
2、成本过高外骨骼机器人技术所涉及的技术研发和生产成本较高，这对其在民用领域的普及带来了一定的制约。
3、适应范围有限目前的外骨骼机器人技术仅适用于一些比较单一的活动，例如走路、提起物品等，对于高级行为的辅助还不能达到行之有效的程度。
外骨骼机器人技术的研究与应用
外骨骼机器人技术的研究与应用近年来，随着科技的飞速发展，外骨骼机器人已经逐渐从科幻小说中走进了现实生活。
外骨骼机器人是一种集合了传感器、电机、控制系统等技术的高科技机器人，它能够帮助行动不便的人们恢复走路、迈步等动作功能，同时还能让劳动强度大的工人或者士兵减轻体力负担，提高工作效率和战斗力。
外骨骼机器人技术的发展对于现代医疗、军事和工业生产等领域都有着重要的意义。
一、外骨骼机器人技术的研究现状和历史渊源作为一种先进的机器人技术，外骨骼机器人已经取得了很多突破性进展。
近年来，日本、美国、欧洲等国家和地区的科研机构和企业都在不断地研发和推广相关技术和产品。
首先，我们需要回顾一下外骨骼机器人技术的研究历史。
早在20世纪60年代，美国国防部就已经开始研究外骨骼机器人的技术，旨在为行动不便的士兵提供帮助。
但是，由于当时科技水平限制较大，外骨骼机器人的性能和稳定性都较为低下。
进入21世纪以后，随着传感器、电机、控制系统等多项技术的不断发展，外骨骼机器人的性能和应用领域都得到了大幅度扩展。
据报道，目前世界上已经有近百家企业或研究机构从事相关研究和推广工作，其中以韩国、日本、美国等国家的企业和机构居多。
二、外骨骼机器人的结构和原理外骨骼机器人需要集成香港的多项机电一体化技术，包括传感器、电机、控制系统等多项技术。
外骨骼机器人一般由支撑体系、助力系统、身体运动控制系统等部分构成。
其中，支撑体系主要负责外骨骼的负重和支撑；助力系统拥有强劲的推力，可实现由机器人来完成人体本身难以完成的动作；身体运动控制系统则是外骨骼机器人的核心，它能够根据对人体生理结构的深入理解，实现人体肢体设备的准确运动控制。
外骨骼机器人一般采用液压、气动和电气传动等技术，其中液压和气动系统能够满足外骨骼机器人进行复杂动作的要求，而电气传动则主要应用于精细的动作控制。
与传统工业机器人相比，外骨骼机器人的关键在于对人体运动学和生理学的深入掌握，以及对其动作模拟和控制的高度精确性。
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述 General Review
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外骨骼机器人的研究发展
柴 虎 1，2，侍才洪 2，王贺燕 2，张坤亮 2，杨康健 2，赵润洲 2，张西正 2 （1.南方医科大学生物医学工程学院，广州 510515； 2.军事医学科学院卫生装备研究所，天津 300161）
[摘要] 介绍了外骨骼机器人的概念与分类，阐述了近年来国际上外骨骼机器人技术的发展状况及其应用前景，对典 型的外骨骼机器人进行了介绍。 分析了外骨骼人机智能系统中的拟人化机械结构设计、驱动系统选择、能源问题及控 制系统原理等关键技术的发展，指出现有外骨骼机器人技术的优势与不足，对未来外骨骼机器人技术的发展前景进 行了展望。 [关键词] 外骨骼；机器人；人机结合 [中国图书资料分类号] R318.6 [文献标志码] A [文章编号] 1003-8868（2013）04-081-04 DOI：10.7687/J.ISSN1003-8868.2013.04.081
2008 年美国萨克斯公司 Steve Jacobsen 等人成功研制出 外骨骼机器人 XOS-1，如图 6 所示。该装置为全身式外骨骼 机器人，利用附在身体上的传感器可快速有力地响应穿戴者 的行为动作。当使用者穿上 XOS-1 时，能轻松地将 200 lb （1 lb=0.453 6 kg）的重物连续举 50~500 次。该装备以自带电 池为动力源，但只能使用 40 min。
2010 年雷神又发布了第二代外骨骼机械装 XOS-2，如 图 6 所示，该装置同样为全身式外骨骼机器人，是第一代的 改 进 版 ，比 第 一 代 更 轻 、更 快 、更 强 ，同 时 将 耗 电 量 降 低 了 50%。XOS-2 由一系列结构、传感器、传动装置以及控制器构 成，由高压液压驱动。借助于这种外骨骼，佩戴者可轻松将 200 lb 的重物举起几百次而不会感到疲劳，还可重复击穿 3 in（1 in=2.54 cm）厚的木板。该装置十分轻便，士兵穿着它 可以完成踢足球、击打速度球、爬楼梯和下坡等动作[10]。
日本神奈川理工学院研制出一种用于协助医院护士照 料患者的气动外骨骼助力服（power assist auit，PAS），如图 8 所示。PAS 可以将人体的力量增加 0.5~1 倍，为了减小动力和 控制系统的体积，该装置采用了便携式镍镉电池和微型气泵[14]。
图 7 驻波大学 HAL-5 外骨骼机器人
在 BLEXX 下肢外骨骼机器人基础上，洛克希德·马丁公 司和伯克利分校共同开发了一款下肢外骨骼机器人 HULC （如图 5 所示），该设备优化设计了 BLEXX 部分液压传动装 置结构，可以使穿戴者完成匍匐前进和下蹲等动作，HULC 的 背部设计了一款搬举装置，该装置可使使用者能搬举需 2 人 甚至更多人才能搬举的重物。HULC 外骨骼可以明显地增强 使用者的负重行走能力，且穿戴方便，脱下仅需 30 s[7-8]。
1 外骨骼机器人的ຫໍສະໝຸດ 型与结构外骨骼机器人是一种结合了人的智能和机械动力装置 机械能量的人机结合的可穿戴装备。从结构上来说，外骨骼 机器人大致可以分为上肢外骨骼机器人、下肢外骨骼机器人、 全身外骨骼机器人和各类关节矫正或恢复性训练的关节外 骨骼机器人。从功能上划分，外骨骼装置大致可以分为 2 种：第一种是以辅助和康复治疗为主的外骨骼机器人，例如 辅助残疾人或老年人行走的外骨骼机器人，还有辅助肢体
图 8 PAS 外骨骼机器人
1.4 其他外骨骼机器人 外骨骼机器人逐渐向着多元化、多功能化、民众化方向
发展，外骨骼装置的类型和功能越来越齐全。例如各类关节 矫正或恢复性训练的关节外骨骼机器人：麻省理工学院研 制的踝矫形器和美国东北大学的膝关节矫形器等；国外日 益流行的健身外骨骼系统；美国西佛罗里达大学正在研究的 水下外骨骼技术等。随着技术的发展，外骨骼机器人将更加 多样化和多功能化，将会在娱乐、医疗等方面得到全方位的 应用[15]。
0 引言
外骨骼（exoskeleton）原指为生物提供保护和支持的坚硬 的外部结构，外骨骼机器人（exoskeleton robot）可理解为一种 结合了人的智能和机器人机械能量的人机结合可穿戴装备。 外骨骼机器人技术在许多领域有着很好的应用前景：在军事 领域，外骨骼机器人可以使士兵携带更多的武器装备，其本 身的动力装置和运动系统能够增强士兵的行军能力，可以有 效提高单兵作战能力；在民用领域，外骨骼机器人可以广泛 应用于登山、旅游、消防、救灾等需要背负沉重的物资、装备 而车辆又无法使用的情况；在医疗领域，外骨骼机器人可以 用于辅助残疾人、老年人及下肢肌无力患者行走，也可以帮 助他们进行强迫性康复运动等，具有很好的发展前景[1]。
2004 年，美国加州大学伯克利分校研制出的下肢外骨骼 机器人（Berkeley lower extremity exoskeleton，BLEEX）（如图 4 所示），是美国国防部高级研究项目局（DARPA）EHPA 项目
图 4 BLEEX 外骨骼机器人 图 5 HULC 外骨骼机器人
新加坡南洋理工大学的罗锦发教授研究开发了一种用 于长时间负重行走的下肢外骨骼机器人。该系统主要由外侧 外骨骼和连接在人体下肢的内侧外骨骼组成，采用了电动机 驱动，可增强人体耐力、力量和速度。当使用者穿上该设备 时，以内侧外骨骼上的传感器测得的关节角度值作为电动机 输出的依据，驱动外侧外骨骼提供助力。另外，罗锦发教授应 用零力矩点（zero moment point，ZMP）理论对外骨骼机器人行 走的稳定性进行了研究[9]。 1.3 全身外骨骼机器人
20 世纪 90 年代，随着 材料、控制、传感等机器人 技术的发展，外骨骼技术 取得了较大进展。20 世纪 末，加州大学伯克利分校 开发了一种通过控制杆来 操作的电液增力型外骨骼 图 1 Hardiman 外骨骼系统
·医疗卫生装备·2013 年 4 月第 34 卷第 4 期 Chinese Medical Equipment Journal·Vol．34·No．4·April·2013
日本筑波大学山海嘉之教授开发研制了混合辅助动力 腿（hybrid assistive leg，HAL）系列外骨骼机器人，其第五代产
·医疗卫生装备·2013 年 4 月第 34 卷第 4 期 Chinese Medical Equipment Journal·Vol．34·No．4·April·2013
（a）四自由度轮椅式 上肢外骨骼机器人
（b）七自由度上肢 外骨骼装置
图 3 上肢外骨骼机器人
1.2 下肢外骨骼机器人 人体下肢主要承担站立、保持平衡、行走等功能，其运动
结构比上肢要简单一些。设计下肢外骨骼需要较大的关节输 出，且要考虑步态稳定、平衡等因素，其机械结构设计、控制 算法等较为复杂。
2000 年，美国国防部高级研究项目局（defense advanced research projects agency，DARPA）资助加州大学伯克利分校的 人体工程实验室（HEL）、SARCOS 机器人公司、橡树岭国家实 验室（ORNL）和 Millennium Jet 公司等开展了增力外骨骼机 器人的研究。
作者简介：柴 虎（1986—），男，硕士研究生，主要研究方向为医疗电子仪 器 ，E-mail：1036228040@。 通讯作者：张 西 正 ，E-mail：z56787@
受损或运动功能部分丧失的患者进行康复治疗和恢复性训 练的外骨骼机器人[2]；另一种是以增强正常人力量、速度、负 重和耐力等人体机能的增力型外骨骼机器人。近年来，许多 国家开展了外骨骼装备的研制，并逐步将其应用于军事作战 装备、辅助医疗设备、助力设备等领域，其中美国和日本在外 骨骼机器人的研制上取得的成果最为显著。 1.1 上肢外骨骼机器人
Development of Exoskeleton Robot Study
CHAI Hu1,2, SHI Cai-hong2, WANG He-yan2, ZHANG Kun-liang2, YANG Kang-jian2, ZHAO Run-zhou2, ZHANG Xi-zheng2
(1.School of Biomedical Engineering, Southern medical University, Guangzhou 510515, China; 2. Institute of Medical Equipment, Academy of Military Medical Science, Tianjin 300161, China） Abstract The concept and classification of the exoskeleton robot are introduced in brief, along with its progress, prospective and representatives. The personated mechanical structure design, driving system selection, energy sources and control system principle of the exoskeleton robot are discussed, whose advantages, disadvantages and prospective are also explored. [Chinese Medical Equipment Journal，2013，34（4）：81-84] Key words exoskeleton; robot; human-machine cooperation
图 2 加州大学伯克利分校开发的电液增力型外骨骼抓取机械手
美国 SARCOS 公司、美国 EXOS、日本佐贺大学、东京大 学、美国索尔福德大学、华盛顿大学、斯坦福大学等相继开展 了上肢外骨骼技术的研究，如图 3 所示。图 3 中（a）为日本佐 贺大学研究的四自由度轮椅式上肢外骨骼机器人，该装置可 以辅助上肢动作，实现肩部与肘部在垂直与水平上的弯曲和 伸展；图 3（b）为索尔福德大学研制的七自由度上肢外骨骼装 置，该装置可以辅助上肢动作，实现肩关节、肘关节、手腕和 尺/桡骨的弯曲和伸展等运动[4]。