重物搬运助力外骨骼结构设计文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

国外研究现状：

20世纪60年代，美国通用电气公司首次提出并开展了关于增强人体机能的增力型外骨骼机器人的探索。经过不懈努力，终于研制出最早的可佩带的单兵装备—哈迪曼（如图1所示）。这个项目的研究初衷是为了缓解士兵因执行负重远距离任务而产生的疲劳，但是由于是外骨骼机器人的探索初期，它的体积巨大且笨重，安全性不高，未能取得理想的结果。

图1 哈迪曼外骨骼机器人 图2 HULC外骨骼机器人

洛克希德·马丁公司联合加州大学伯克利分校共同推出了一款军用下肢外骨骼机器人，并命名为HULC（human universal load carrier），如图2所示。HULC的质量约为32kg，主要是由电池、驱动模块、控制模块、执行模块等构成。它不仅在液压系统的设计上更加合理高效，而且在机械腿的结构设计上也更加符合人体运动特点，满足了士兵对灵活机动性和稳定支撑性的需求。

2011年，法国某防务公司与法国武器装备总署公布了其联合研制的可穿戴式外骨骼，并命名为“大力神”（如图3所示）。该机械外骨骼不仅可以应用于增强普通人体的负重能力，而且可以增强士兵的作战持久力。它的机械结构主要是2条机械腿和背部水平支架，缓解了士兵执行负重远距离任务所带来的伤害和疲劳。该外骨骼不仅适合军事应用，也适合民用及医疗应用等领域。

图3 “大力神”外骨骼机器人 图4电液可穿戴机器人和电动可穿戴机器人

2015年，韩国研究人员开发了两种可由驱动机构分离的可穿戴机器人适用于造船工程中，一种是由电动机直接驱动的，另一种是由电液执行器驱动的（如图4所示）。机器人的起重能力30kg左右。其在7种工作场所进行现场试验，处理和安装重型物体，例如管道舾装部件、小金属部件和隔热箱两周。重点研究了可穿戴机器人在崎岖不平的造船环境中的应用，包括起伏不平的金属地形，陡峭狭窄的楼梯。从实验结果看，可穿戴机器人符合多个造船作业场所的工人需求.

国内研究现状：

中国科学院自2004年开始就外骨骼机器人的研究开展工作，经过不懈的努力终于研制出了一种下肢外骨骼机器人（如图5所示）。该系统在单条机械腿上配置了6个自由度 （机械髋关节3个，机械膝关节1个，机械踝关节1个，足底1个，它采用电池为能源，并且在外骨骼架上安装了多种传感器和编码器，通过这些感知系统装置获取人体的运动信息，最后采用伺服电动机驱动方式协调并辅助穿戴者运动。