一、外骨骼機器人的概述

外骨骼機器人是穿戴在使用者身體外部的一種智能機械結構，可將人體感覺、思維、運動等器官與機器的感知系統(tǒng)、智能處理中心、控制執(zhí)行系統(tǒng)相結合，從而達到改善人體物理機能及提高身體素質等目的，其本質是一類可實現(xiàn)人機結合的可穿戴式機器人。

在仿生原理、人體工程學設計以及信息控制技術等基礎上，外骨骼機器人還涉及生物運動學、機器人學、信息科學、人工智能等學科知識，專業(yè)類涉及機械，電子自動化，計算機等幾大專業(yè)。

機械專業(yè)：在外骨骼機器人上是重要的一方面。外骨骼的機械問題主要解決結構、傳動、人機工程等問題。

電子專業(yè)：則主要指機器人的電子硬件設計，與機械形成耦合關系，在考慮機械結構的時候要兼顧電子硬件，在考慮電子硬件的時候也要考慮機械結構的可行問題。具體上，主要攻克傳感器、控制器、電源管理等問題。

自動化專業(yè)：主要解決外骨骼機器人的控制問題，是核心方面。控制解決的問題就是讓外骨骼如何與人協(xié)調、如何提供助力、如何感知人體運動意圖等。

計算機專業(yè)：則主要是與控制相關，因此也被涉及。在操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理、人工智能等方面，計算機專業(yè)接觸的多，處理這些問題相對自動化專業(yè)更順手。

外骨骼機器人可根據(jù)功能、結構部位等維度進行分類。

二、外骨骼機器人的分類

1）根據(jù)功能劃分

外骨骼機器人可分為增強型外骨骼機器人和康復型外骨骼機器人，

增強型外骨骼機器人：可幫助使用者增強肌肉能力、減輕負荷，多應用于軍事領域及工業(yè)領域。

康復型外骨骼機器人：可輔助肢體運動障礙患者進行康復訓練，多應用于醫(yī)療康復領域。

（1）軍事領域

外骨骼機器人發(fā)源自軍事領域。從 2000 年開始，美國軍方率先開展對增強人體機能的外骨骼機器人研究，其目的是設計增強型軍用裝甲以提高士兵個人防護能力。

美國政府先后與加利福尼亞大學伯克利分校機器人和人體工程實驗室、美國 Sarcos Robotic 公司等研究單位進行合作，要求研究出具有自身能源供應裝置、現(xiàn)代化通訊系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、作戰(zhàn)武器系統(tǒng)、噸級負荷能力、高速運動能力以及保護功能的外骨骼機器人。

（2）工業(yè)領域

以快遞物流、房地產施工和伐木工程等行業(yè)為代表，該類行業(yè)的勞動強度大、人力成本高、工作效率低。

外骨骼機器人在工業(yè)領域的運用將幫助從業(yè)者減輕負重、 提高工作效率，如京東在 2018 年“618”活動期間為員工配備了外骨骼機器人輔助搬運， 大幅提高員工工作效率。

（3）醫(yī)療康復領域

外骨骼機器人可幫助老年人、殘疾人以及中風、偏癱患者等群體進行康復訓練，是當前中國外骨骼機器人行業(yè)的主要應用領域。

以色列 ReWalk Robotics、 日本 Cyberdyne 及美國 Ekso Bionics 是全球外骨骼機器人在醫(yī)療康復領域的頭部企業(yè)。

2）根據(jù)結構部位劃分

外骨骼機器人可分為上肢外骨骼機器人和下肢外骨骼機器人。

（1）上肢外骨骼機器人

穿戴部位為使用者背部，由主機箱、上肢固定結構、可動關節(jié)及連接結構等組成，其中主機箱中裝有系統(tǒng)運行平臺、感應控制、電源等設備。

上肢外骨骼機器人通過仿真機械設計，將肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)設計為可動關節(jié)，應用壓力傳感器、陀螺儀、無線傳導等技術，可幫助使用者增強上肢力量、減輕負重、減少身體損傷及提升工作效率，并讓使用者可從容應對更多復雜精密工作。

上肢外骨骼機器人主要運用于快遞物流、建筑施工等高強度、勞動密集型行業(yè)。

（2）下肢外骨骼機器人

可覆蓋腰部、髖關節(jié)到腳部的位置，由主機箱、下肢固定結構、可動關節(jié)及連接結構組成，部分產品配備了拐杖以實現(xiàn)支撐和控制功能。

下肢外骨骼機器人通過傳感系統(tǒng)、動力輸出裝置、控制系統(tǒng)及能源系統(tǒng)等技術，可幫助使用者通過行走訓練提升肌肉力量、恢復下肢神經、避免關節(jié)及肌肉萎縮。

下肢外骨骼機器人主要應用于中風、偏癱等患者的康復訓練、老年人和殘疾人助行以及軍事等領域。

審核編輯 黃宇