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自从上世纪60年代末，美国和前南斯拉夫就已经着手于进行人体外骨骼装置的研究的工作，在当时，美国研究这个技术的最初目的是增强人的能力，大多是出于军事应用方面的目的，而前南斯拉夫开始进行研究的目的是为了辅助残疾人。到了20世纪末，美日韩俄、以色列等多个国家积极投入到本项目的研究中。目前，大概有十余家实验室从事人体下肢外骨骼这方面的设计研究工作，其中设计成果拥有相应进展的国家是日本和美国。而接下来本文就进行国内外的研究现状进行简要的概述。25740
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1、国外下肢外骨骼机器人研究现状的简述
在日本的筑波大学Cybernics实验室成功研制出世界上第一个商业用途的人体下肢外骨骼机器人动力辅助装置HAL。这个装置能够达成帮助人以每小时4公里的速度行走，毫不费力的进行爬楼梯，能够实现完全通过制动控制器控制，不需要添加任何的操纵台或外部控制装置进行再控制。通过单边双边系统进行直接数据的传送。在这个设备中，所有动力驱动设备、测量系统、计算机、无线网络和动力供应设备部都装在背包之中，通过装在腰间的电池对整个设备进行供电。HAL设计中拥有混合的控制系统，包括自动控制器可以进行诸如身体姿态的控制，还包括了基于生物学反馈和预测前馈的舒适装置器能够极大的提高人机工效。穿上HAL，上臂可以负重40 kg，下肢可以负重100-180kg。在重量上，HAL-3重22公斤，HAL-4重17公斤，HAL-5仅重15公斤 [4]。日本神奈川理工学院也进行了相应方面的研究工作，其研制的“动力辅助服”PAS可使人的力量增0.5-1倍，腰部和膝部的关节驱动采用新式的可直接驱动的旋转位移式气动驱动器而不是电机等驱动装置，肌肉力量信号的采集靠的是布置在上臂、大腿和腰部的肌肉硬度传感器来实现。
图 1.1 外骨骼装置
图 1.2 外骨骼装置
2、国内下肢外骨骼机器人的研究现状
国内高校研究所对人体下肢外骨骼机构的研究起步较晚，在目前还处在基础研究阶段，没有什么好的成品退出。目前，国内几所高校也开始了对人体下肢外骨骼机构的研究。如浙江大学在远程控制方面的研究、北京理工大学和天津大学在气动人工肌肉方面的研究，深圳先进技术研究院同样也进行了类似的研究工作。自2004年开始，中科院合肥智能机械研究所就开始了类似的研究工作。浙江大学所研制的一种新型的可穿戴式下肢步行外骨骼机构和可穿戴的柔性外骨骼机械手取得了不错的效果。哈尔滨工业大学设计的下肢康复助行机构也是比较成功的，该设计中主要包括穿戴在身上的助行行走机构和抬升机构。通过这两个装置的帮助，能够使得病人在自己一个人的情况下，进行简单的功能锻炼可以帮助病人尽快的恢复健康[8]。2002年，由北京理工大学等单位共同承担的国家863计划机器人技术主题项目“仿人机器人技术与系统”通过验收。该项目在系统集成、步态规划和控制系统等方面取得了较大的进展，同样这也标志着我国仿人机器人研究已跨人世界较为先进的行列[11]。
国内外所设计的腿部外骨骼支撑机构大多依靠外部助力源来文持动力，从而带动人体运动。这种设计有利也有弊，一旦外部助力源停止供应，这类装置反而成为了负担。因此，持续长时间起到支撑人体负重，协助人行走成为必须要解决的问题。本文所做的设计采用不依靠外部助力源的方式，因此不受外部助力源的限制。实现战士长途负重并不感到劳累，将大大提高我军单兵运输能力，进而增强我军战斗能力，就能在战争中掌握更多的主动权。当发生地震等自然灾害，车辆难以行进的地区只能徒步运输物品时，穿戴这种装置的战士可以携带更多的救援物资进行远距离运输，从而减缓灾情。因此这种不依靠外部助力源的携行装置在军事领域有一定的研究价值。论文网