几种外骨骼机器人技术详解优秀课件

HAL外骨骼机器人- 应用实例
HAL最新产品应用于福岛核电站的清理 工作，外骨骼可以防止核辐射，极大提 高工作效率
HAL外骨骼机器人- 市场分析
HAL康复设备已于2008年市场化，目前仅在日本向公共 机构出租，租金每个月US$2000。产品于2013年获得了 全球安全认证，将投入批量化生产，预计前期每年产量 500~800套，前期仍以出租的方式投入市场，对其它国家 出租价格每月US$1300~US$3900。由于有巨大的市场需 求，市场效益十分可观。
BLEEX外骨骼技术拓展
• 为市场化BLEXX技术成立的Berkely Bionics公司，研发了 第二代军用外骨骼ExoHiker™和ExoClimber™
ExoHiker™ • 为大负载，长 时工来自百度文库设计
• 自重14kg，负 载68kg
• 佩戴1磅的电 池，以4km/h 的速度，行进 70km
• 噪声微小
HAL外骨骼机器人- 技术指标
• HAL-5是全身型外骨骼系统，高1.6m， 重约23kg，下肢约15kg
• 全身共26DOF，每条腿有8DOF • 充电电池，工作电压100V • 连续工作时间2小时40分 • 实现站、坐、走、蹲及上下台阶等运动 • 最大负载70kg • 行走速度可达到4km/h • 使用前，需要30分钟的训练
BLEEX外骨骼- 关键技术
• BLEEX的关节与人下肢关节 匹配，连杆长度可调
BLEEX外骨骼- 关键技术
• BLEEX的受驱动关节都装有航空轴承，克服偏轴距和摩 擦力的影响，保持小断面、无间隙和低摩擦特性。
• BLEEX每条腿装有40多个不同类型传感器，实时获取运 动及力等信息。
BLEEX外骨骼- 关键技术
• 提高肢体残疾患者自主生活/工作能力一直是全世界助残事 业的重点
• 增强体力劳动者的劳动能力，辅助劳动者在危险环境（如 地震灾区）中尽快完成繁重劳动
HAL外骨骼机器人 旨在辅助体弱或运 动不便人群正常运 动；并能增强劳动 者体力，提高劳动 者的工作效率
HAL外骨骼机器人- 研发历程
HAL（Hybrid Assistive Limb）由的山海嘉之教授创立Cyberdyne公司研制。 HAL-5于2005年亮相爱知世博会，并获最佳发明奖，2012年已有130多家医疗 机构使用，2013年成为世界上首个获得全球安全认证的外骨骼机器人。
HAL基于人体运动步态分析，记忆使用者的运动特征作为参考值，控制外骨 骼实现平滑运动。
HAL外骨骼机器人- 关键技术
HAL的双控制系统设计
运动意图估计
步态参考模型
HAL外骨骼机器人- 应用实例
HAL辅助残疾患者进行康复训练，提升患者训练的自主性，提 高康复效率，到2013年，已有160套HAL外骨骼在医疗机构应 用于康复训练测试。
HAL外骨骼机器人- 关键技术
电机驱动各个运动关节，HAL包括EMG电极、足底压力传感 器、编码器等多种记录人机运动状态的传感器，信息传输到中 央处理器进行分析处理。
HAL外骨骼机器人- 关键技术
HAL通过捕获激发人体运动的神经电信号（肌电信号）识别人的运动意图， 基于运动意图实现自主控制。
HAL外骨骼机器人- 关键技术
• 连杆采用轻质钛合金材料 • 混合液动—电动能量供给单元，能源可
维持20h持续工作 • 直线液压驱动（小巧/轻质/大力） • 自重38kg，最大负载37kg，最大负载步
行速度0.9m/s，无负载步行速度1.3m/s
BLEEX外骨骼- 关键技术
• 拟人化结构设计技术
踝关节弯曲 踝关节伸展 踝关节外展 踝关节内收 膝关节弯曲 髋关节弯曲 髋关节伸展 髋关节外展 髋关节内收 外侧完全旋转 内侧完全旋转
外骨骼HULC™
• HULC使用者可灵活的进行
下蹲、匍伏和上肢举重
• 自重24kg，最大负载90kg ，适用身高1.62m至1.87m 的使用者，使用者30s内
可以脱下
• 持续最大速度11km/h，爆 发速度16km/h
• 8块锂电池可供HULC工作 96小时
HAL外骨骼机器人- 研发意义
• 随着老年人口的增多，助老成为许多国家面临的关键社会 问题
• 穿戴后不妨碍 驾驶车辆
ExoClimber™ • 除了大负载和长 时特征，可以快 速上下台阶/斜坡
• 自重22kg，负载 68kg
• 佩戴1磅的电池， 在最大负载条件 下，至少爬183m 斜坡
• 噪声类似一台办 公打印机
BLEEX外骨骼技术拓展
• Berkely Bionics公司于2009年研发了第三代军用
携载更多的武器装备，火力威力增强，防护水平提高，同
时可克服任何障碍，高速前进，不会产生疲劳感。2005年
进行外骨骼（BLEEX）样机试验测试。
科
佩
幻
戴
BLEEX
中
的
超
级 战 士
的 士 兵
BLEEX外骨骼- 技术指标
• BLEEX有两个动力拟人腿，单腿有7DOF （髋关节3DOF，膝关节1DOF，踝关节 3DOF）
• 依据传感器信息，基于最小化人 机交互作用设计控制策略，控制 BLEEX伴随人体运动，保证了人 体运动的安全、自由。
BLEEX外骨骼- 关键技术
• 混合能量供给单 元，液压驱动关 节运动，电源供 给传感、计算和 控制系统；
• 电路采用高速同 步环状网络拓扑 结构，保证数据 采集、处理的实 时性。
人步行时的 最大值 14.1° 20.6° 无效 无效 73.5° 32.2° 22.5° 7.9° 6.4° 13.2° 1.6°
BLEEX的 最大值 45° 45° 20° 20° 121° 121° 10° 16° 16° 35° 35°
男性军人平 均最大值
35° 38° 23° 24° 159° 125° 无效 53° 31° 73° 66°
几种外骨骼机器人技术详解优秀 课件
外骨骼机器人
外骨骼机器人：将人的智力和机器人的“体力”完美 结合，在助力、助老、助残及军事领 域有广阔应用前景
2
BLEEX外骨骼机器人- 研发背景
• 加州大学伯克利分校于2000年在美国国防部“增强人体机
能的外骨骼”(EHPA)项目的资助下，研制一种机器骨骼。 未来士兵佩戴外骨骼机器人后，将成为一名超级士兵，可