外骨骼助力机器人的发展历史

诗酒趁华年

　　近日，一位身穿助力外骨骼的外卖小哥刷爆了网络。正如我们所熟知，助力外骨骼目前最多的应用是在军事领域，而民用方面很少看到相关报道。虽然相关信息不多，但是助力外骨骼机器人的探索却很早就开始了。

　　

　　如果要追寻助力外骨骼机器人的踪迹，可以追溯到将近200年前。19世纪，由于蒸汽机的出现，就有人萌生了以蒸汽机为动力的助力外骨骼概念。1830年英国著名插画师Robert Seymour所绘的《Walking by Steam》中提到的穿戴在人体上的蒸汽机行走机，不过这一切都只是概念设计，并没有投入研究。 如图所示。

　　

　　那真正的外骨骼机器人研究是什么时候开始的呢？我们来到20世纪，20世纪二三十年代人类完成了第二次科技革命，笨重、危险的蒸汽机退出历史的舞台， 取而代之的是体积小、动力足、安全性高的电力、内燃机、液压马达等新动力， 人类社会进入电气时代。在这个时候，美国通用电气研制出Hardiman全身动力外骨骼（如图3）。虽然这件“套装”由于体积、价格、操作难易度等问题影响，最终没能达到使用要求，但是这也是助力外骨骼研究的一个开端，这个时候，时间已经到了1960年。

　　

　　同一时期开展研究的还有美国康奈尔航空实验室的Man-Amplifier外骨骼。关注公.众.号：机械工程师笔记（ID：JXGCSBJ），可了解更多

　　

　　20世纪中期，计算机的出现，为世界上的科学研究注入了新动力，同样也给助力外骨骼的研究带来了曙光。到了20世纪80年代，1971至72年贝尔格莱德大学的Vukobratovic等人研制的Powered Exoskeleton。贝尔格莱德大学的团队实行了轻量化的机构，同时提出了平衡算法，这在双足机器人研发中被广泛应用。

　　

　　20世纪末期，更多的企业投入到助力外骨骼机器人的研发中来。如：1978年Shulman 的Jogging Machine,1987年Monty Reed 的Lifesuit Exoskeleton，1990年G.John Dick和Eric A.Edwards的 SpringWalker, 1991年的PoweredArm。

　　

　　

　　在这个时期，由于外骨骼机器人的发展壮大，在电影中经常能看到外骨骼的身影。下图是利用Inventor绘制的《异形2》中的POWER LOADER的3D模型。

　　

　　

　　进入21世纪，助力外骨骼机器人发展迅速。美国国防高级研究计划局（DARPA）在2000年启动了“增强人体体能外骨骼（EHPA）”计划，将外骨骼机器人的研究推向高.潮。目前典型的外骨骼机器人包括美国的第二代XOS全身外骨骼、人体负重外骨骼（HULC）、“超柔”（SuperFlex）机械外骨骼、“Soft Exosuit”外骨骼、MAXFAS的手臂外骨骼系统、MIT外骨骼、BLEEX外骨骼系统、英国“矫正负重辅助装置”、法国“大力神”可穿戴外骨骼、意大利“V-盾”第一代人体脊柱外骨骼、澳大利亚新型被动式可穿戴外骨骼等。

　　

　　

　　2001年的日本第二代Suit with cuff actuator。关注公.众.号：机械工程师笔记（ID：JXGCSBJ），可了解更多

　　

　　2005年的第二 代Stand Alone Suit，日本最新的Power-Assist Suit。

　　

　　目前，助力外骨骼机器人的发展已经进入爆发期，除了在军事上的应用，各国都在投入资金使其商业化，同时国内也有很多企业开始在生产中使用到助力外骨骼，于是才有了我们开头说到的身着助力骨骼的小哥。

　　

　　

　　科技改变生活，相信助力外骨骼的发展会越来越贴近我们的生活，改变我们的工作方式，帮助残障人士实现更健康的生活。文章最后，展示几张利用3D软件建模的助力外骨骼3D模型渲染图。关注公.众.号：机械工程师笔记（ID：JXGCSBJ），可了解更多。