几种外骨骼机器人技术详解文档.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,几种外骨骼机器人技术详解,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。,科幻中的超级战士,佩戴,BLEEX,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,）,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,人步行时的,最大值,BLEEX,的最大值,男性军人平均最大值,踝关节弯曲,14.1,45,35,踝关节伸展,20.6,45,38,踝关节外展,无效,20,23,踝关节内收,无效,20,24,膝关节弯曲,73.5,121,159,髋关节弯曲,32.2,121,125,髋关节伸展,22.5,10,无效,髋关节外展,7.9,16,53,髋关节内收,6.4,16,31,外侧完全旋转,13.2,35,73,内侧完全旋转,1.6,35,66,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,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。,佩戴1磅的电池，在最大负载条件下，至少爬183m斜坡,HAL外骨骼机器人-市场分析,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。,BLEEX外骨骼-关键技术,1、构造材料：外骨骼必须用坚韧、轻质且有弹性的复合材料制成。,9m/s，无负载步行速度1.,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。,外骨骼机器人-关键技术,除了大负载和长时特征，可以快速上下台阶/斜坡,连杆采用轻质钛合金材料,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,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,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。,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。,全身共26DOF，每条腿有8DOF,HAL外骨骼机器人-应用实例,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。,自重22kg，负载68kg,BLEEX的关节与人下肢关节匹配，连杆长度可调,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。,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。,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。,HAL外骨骼机器人-关键技术,4、驱动：设计者必须使机器能够顺畅移动，以便穿用者不会太笨拙。,实现站、坐、走、蹲及上下台阶等运动,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。,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。,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,ExoClimber,为大负载，长时工作设计,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,穿戴后不妨碍驾驶车辆,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,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。,87m的使用者，使用者30s内可以脱下,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。,使用前，需要30分钟的训练,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500800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$1300US$3900。,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）,充电电池，工作电压100V,HAL外骨骼机器人-关键技术,HAL外骨骼机器人-市场分析,HULC使用者可灵活的进行下蹲、匍伏和上肢举重,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-应用实例,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。,HAL外骨骼机器人-关键技术,并能增强劳动者体力，提高劳动者的工作效率,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500800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$1300US$3900。,行走速度可达到4km/h,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。,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,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,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,步态参考模型,运动意图估计,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,-,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,500800,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$1300US$3900,。由于有巨大的市场需求，市场效益十分可观。,外骨骼机器人,-,关键技术,外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算,为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术，核心部分包括以下几个方面：,1,、构造材料：外骨骼必须用坚韧、轻质且有弹性的复合材料制成。,2,、能量源：外骨骼的能量必须足以支持,24,小时以上，并且便携、噪声小。,3,、控制：使用者在穿上该设备后能够正常活动。,4,、驱动：设计者必须使机器能够顺畅移动，以便穿用者不会太笨拙。与发动机一样，促动器也必须安静而高效。,5,、生物机械学：外骨骼的结构必须像人体一样带有可弯曲的关节。,感谢观看,