“機(jī)械外骨骼”，通常也稱為“動(dòng)力外骨骼”（），本質(zhì)上是一種可穿戴機(jī)器人。 它將人類的智能與外部機(jī)械動(dòng)力裝置的機(jī)械能結(jié)合起來(lái)什么是機(jī)械效率，可以為人們提供額外的動(dòng)力或能力，增強(qiáng)人體功能。
來(lái)自意大利實(shí)驗(yàn)室的身體外骨骼機(jī)器人
一方面，佩戴機(jī)械輔助外骨骼的人們可以輕松完成平時(shí)比較困難的任務(wù)，比如讓肢體殘疾人像正常人一樣行走、讓物流配送人員輕松搬運(yùn)重物等。添加耗能組件后，外骨骼還可以用作可穿戴健身設(shè)備。
現(xiàn)在，機(jī)械外骨骼的研究引起了很多科學(xué)家的興趣，他們開始從仿生學(xué)的角度研究人工外骨骼。 它們已被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、軍事、科學(xué)研究等許多領(lǐng)域。
制作“機(jī)械外骨骼”需要哪些技術(shù)和材料？
首先，機(jī)械外骨骼需要具有良好的耐磨性，因此其機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)節(jié)自由度要與人體結(jié)構(gòu)和自由度相匹配，材料要求要輕、強(qiáng)。
其次，要實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的機(jī)動(dòng)性并擁有自給自足的供能裝置，且供能裝置必須盡可能輕便、高效。
最后，靈活、輕量化的執(zhí)行器和控制算法對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的順應(yīng)控制、人機(jī)協(xié)調(diào)和信息反饋至關(guān)重要。
因此，機(jī)械外骨骼的實(shí)現(xiàn)與材料技術(shù)、仿生技術(shù)、微能源技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、傳感器技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。 它是一項(xiàng)高度集成的技術(shù)，與各種支撐技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。 相關(guān)的，它也促進(jìn)了其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。
機(jī)械外骨骼對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求非常高，因?yàn)閳?jiān)硬的材料一旦斷裂，極有可能對(duì)人體造成傷害。 目前，有許多機(jī)械外骨骼的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用以下材料：
這些材料重量更輕、強(qiáng)度更高、能抗疲勞，滿足機(jī)械外骨骼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。
“機(jī)械外骨骼”的發(fā)展和應(yīng)用前景如何？
最早的機(jī)械外骨骼是下肢外骨骼。 這個(gè)想法由Yagn于1890年提出，并申請(qǐng)了美國(guó)專利。
最早的下肢機(jī)械外骨骼設(shè)計(jì)圖
通過(guò)放置在腿后面的弓形彈簧片增強(qiáng)人體行走、跑步和跳躍的能力。
通用電氣公司于1965年11月發(fā)起的“人類與”項(xiàng)目在進(jìn)展過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題。 例如，外骨骼工程師最終放棄了最初選擇但難以解決穩(wěn)定性問(wèn)題的機(jī)械液壓伺服。 相反，使用電液伺服系統(tǒng)。
直到1969年，外骨骼的上部（手臂）才完成。 到了1970年，下部（腳）也已經(jīng)完成，但當(dāng)時(shí)的人們還沒有了解外骨骼雙足行走所必需的雙足運(yùn)動(dòng)原理，所以最終還是無(wú)法在沒有輔助的情況下實(shí)現(xiàn)正常行走。
在現(xiàn)代機(jī)械外骨骼技術(shù)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用的是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）計(jì)劃中一個(gè)名為“增強(qiáng)型人類表現(xiàn)外骨骼系統(tǒng)”（EHPA）的項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在增強(qiáng)士兵的承重和承重能力。作戰(zhàn)能力。 通過(guò)EHPA項(xiàng)目，四家研究機(jī)構(gòu)成功開發(fā)了機(jī)械外骨骼系統(tǒng)，分別是：Jet Inc.（加利福尼亞州）、Oak Ridge（田納西州橡樹嶺）、鹽湖城（猶他州）和Oak Ridge（加利福尼亞州）。 此外，還有一大批其他機(jī)構(gòu)在外骨骼的一些相關(guān)技術(shù)上做出了重大貢獻(xiàn)和突破。
截至目前，機(jī)械外骨骼根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和功能的不同主要分為軍用機(jī)械外骨骼、民用機(jī)械外骨骼和醫(yī)用機(jī)械外骨骼。
軍用機(jī)械外骨骼主要用于提高士兵單兵作戰(zhàn)能力。 該裝備不僅為士兵提供高效的負(fù)載能力和移動(dòng)速度，還集成了大量武器裝備、通信系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)，顯著提高士兵的作戰(zhàn)能力和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。 例如，美國(guó)的伯克利下肢外骨骼（Lower）也稱為BLEEX和XOS。
布利克斯
民用機(jī)械外骨骼主要用于裝備行動(dòng)能力未發(fā)生改變的老年人和殘疾人，使其重新獲得行走能力。 如日本公司的HAL系列機(jī)械外骨骼和以色列的機(jī)械外骨骼。
哈爾
醫(yī)用機(jī)械外骨骼可以幫助神經(jīng)損傷、行動(dòng)不便的患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，如北京大愛公司的下肢骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。
達(dá)艾
受成本和消費(fèi)水平的限制，機(jī)械外骨骼在醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練領(lǐng)域受到更多關(guān)注。 但目前，由于機(jī)械外骨骼仍是我國(guó)新興的醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)方向，相關(guān)配套供應(yīng)商和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)醫(yī)療器械的分類和檢測(cè)存在滯后，因此距離大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用還存在一定差距。
而從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，機(jī)械外骨骼市場(chǎng)化的最大障礙主要體現(xiàn)在其安全性能上。 如果未來(lái)能夠在安全性能保障方面取得重大突破，能夠有效降低使用過(guò)程中對(duì)人體造成傷害和二次傷害的風(fēng)險(xiǎn)，并且通過(guò)量產(chǎn)大幅降低制造成本，機(jī)械外骨骼必將得到廣泛應(yīng)用。應(yīng)用于民用領(lǐng)域，特別是殘疾人醫(yī)療救助領(lǐng)域。
參考。 李曉明. 基于外骨骼技術(shù)的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制[D]. 浙江大學(xué)，2004。李慧英，王惠媛，張鵬軍，等。 外骨骼機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)研究[J]. 機(jī)械工程師，2011，8：9-10。韓飛，蔡宜旭，楊勇，等。 可穿戴式上肢外骨骼健身器材創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[J]. 科技企業(yè)家，2013（011）。 殷殷。 外骨骼機(jī)器人研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 科技風(fēng)，2018（15）：13。 陳峰. 可穿戴式助力機(jī)器人技術(shù)研究[D]. 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007。朱惠英，楊海樂，林星宇。 外骨骼可穿戴助力行走機(jī)器人技術(shù)綜述[J]. 測(cè)量與測(cè)試技術(shù)，2019（7）：19。N.Yagn。 對(duì)于 、 、 和 。 US No.，1890。AM，Herr H.Lower 和：以及最先進(jìn)的技術(shù)[J]。 IEEE，2008，24(1)：144-158。 E，Sater JM，Main J. 人類 (EHPA)：A [J]。 日本醫(yī)學(xué)雜志，2002，20(8)：822-826。 郝世充. 機(jī)械外骨骼的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)裝備工程什么是機(jī)械效率，2018（24）：87。包仁仁，馮健，陸英男，等。 下肢動(dòng)力外骨骼機(jī)器人研究進(jìn)展[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019（13）：41。
