唐芳

国产“外骨骼”让你分分钟变身自主“钢铁侠”
2018-02-14 14:00
来源:科技日报

第一代样机

第二代样机
穿戴外骨骼助力机器人野练
 

近日,中国兵器工业集团西北机电工程研究所研制的“穿戴式外骨骼助力机器人”对外发布第二代样机,其功能和性能指标已接近或达到国际同类装备的技术水平。

最新照片显示,第二代外骨骼系统更加轻量化,好似穿在人体上的“钢铁战衣”,使用该系统可大幅提高人体的负重能力,缓解身体疲累,降低骨骼肌肉受伤几率,在应对复杂地形环境、随机性任务时具有较好的灵活性。

“除了负重搬运,还可进行山地负重携行和高原巡逻。”西北机电工程研究所特种装备研究室副主任、该项目负责人莫新民表示,外骨骼机器人是为满足高原、山地、城市等复杂地形环境条件下,战士执行各种作战或后勤任务对体能增强的迫切需求而研发的单人操作的智能仿生军民两用多功能携行助力系统。“其结构部件并联在人体肢体外侧,与人体关节并行运动,将人体的大部分外负载重量传递到地面,控制系统的智能和主动性能对人体关节适时助力。”

新发布的第二代外骨骼系统自重24kg,行进速度每小时4—4.8公里,单人穿戴时长约2分钟,旁人辅助穿戴40秒,脱卸30秒并可折叠运输,适应1.6m—1.9m的身高范围,额定负重50kg,可连续工作4小时。“相比第一代外骨骼系统自重减轻30%,背架系统实现了集成一体化设计;控制系统伺服跟踪延迟时间缩短了50%;动力电池具备SMBus管理功能;整个传感网络得到优化,姿态测量维度从一维提升到三维,使系统的逆动力学解算精度提高了25%。”莫新民介绍道。

本次发布的外骨骼助力机器人系统是该研究所独立自主研发的第一代系统的优化升级,样机关键技术均立足团队自主研发,掌握全部核心关键技术并拥有全部知识产权,其功能和技术指标已基本达到美国洛克希德·马丁公司发布的人体负重支撑系统(HULC)的相关指标。西北机电工程研究所于2013年组建了外骨骼机器人科研团队,历经五年的多轮设计迭代及优化,项目团队解决了人机耦合系统面临的高动态性、特异性与不确定性难题,取得了人机协同智能传感控制技术、人体运动适应性承载机构设计技术和轻小高效液压驱动技术等一系列核心关键技术的突破。“如果不突破这些核心关键技术,外骨骼机器人就动不了、动不好,更别说实现为士兵助力等多种功能。此外,进口元器件的国产化和技术成熟度增加也使成本大幅下降。”莫新民表示。

世界范围内,外骨骼机器人系统的研发竞争激烈。以美国、俄罗斯和法国等科技发达国家为代表的外骨骼机器人系统和项目主要有,美国洛克希德·马丁公司的HULC系统、美国特种作战司令部的“战术突击轻型作战服”项目和俄罗斯国防部第三中央研究所的“勇士-21”系统等。外骨骼机器人系统有刚性、柔性、主动、被动四类,但部分外骨骼系统以“刚柔耦合”或“主被动复合”等复合技术形态展现。“根据不同应用场景需求和技术特点,复合技术形态应该是外骨骼机器人系统的发展方向。”莫新民说。

第二代外骨骼机器人系统的军民应用前景均十分广阔。军用方面,一是作为单兵作战平台,与无人系统高度融合后形成强大灵活的作战能力,可能深刻改变现有作战模式;二是作为支援保障类装备,增强士兵的负重与机动能力,协助完成高原山地环境军用物资运输、野外弹药补给、战场救援、抗震抢险救灾、狭小空间物资搬运等高负荷高强度任务,可大幅提高士兵对缺氧环境的耐受力;三是通过专项设计拓展应用于核工业全封闭穿戴式辐射防护服、航天员太空助力等领域。

民用方面,针对需求进行适应性设计并应用于多个行业领域,如高层消防、抗震抢险救灾、物流业等,还可帮助老年人和残疾人实现自主行走。“改进型外骨骼机器人系统已进行相关野外试验验证,不过投入实用还有距离,将在成本、可靠性、可维修性、耐环境性四个方面进行一系列优化和提升并尽快开展小批量试用。”莫新民说。

 
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