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可穿戴式机器人

发布时间:2019-04-26 12:18:39 文章来源:未来智讯    
可穿戴机器人作者:未知随着科学技术的发展,一些国家竞相开发战场机器人系统,其中美国侦察Talon EOD机器人已在伊拉克和阿富汗使用。 除了这种类型的机器人系统,一些帮助士兵携带更多负载的机器人也在开发中。 这是外骨骼机器人 - 什么是外骨骼机器人>>“外骨骼机器人”指的是放置在人体外部的机器人,也称为“可穿戴式机器人”。 外骨骼最初指的是昆虫或甲壳类动物体外表面的骨骼,它具有支撑和保护作用。 很早以前,科幻小说中就提到了佩戴在人体上的特殊盔甲,并提升了人类的战斗力。 这种设备被称为外骨骼机器人。 理想的外骨骼机器人可以为使用者提供保护并增强使用者的体重和运动能力,并且优选地飞行。 在外骨骼机器人的发展中,美国和日本取得了显着的成果。 美国外骨骼机器人计划于2000年投入使用。美国国防部高级研究和规划局发布了外骨骼机器人开发招标书,包括以下四个方面。 要求:结构材料 - 外骨骼机器人必须使用坚固,轻质和有弹性的材料。 这种材料必须保护穿着者,以大幅减少伤亡; 轻量级能量 - 外骨骼机器人携带的能量必须能够坚持24小时的事务,并且必须轻盈且完全无声; 而动作 - 外骨骼机器人必须能够同步跟随用户的动作,这可以增强用户的力量并模仿各种人类动作,包括战场前后的躲避。 该指标允许用户携带更大的质量,同时仍然跑得更快,越来越远; 液压元件 - 运动必须平稳,高效且完全无声。 美国国防部高级研究和规划局已经决定分别实施几个方案,首先验证基本可行性,然后尝试改造。 美国打算使用“Exoskeleton for Human Performance Augment”一词。 计划推出总共三个单位,以区分外骨骼机器人的最初发展:橡树岭国家实验室,加州大学伯克利分校和Sarcos。 到2005年,萨克斯管的全身外骨骼机器人脱颖而出。 自2006年以来,Sax最初开发了一种美国军用外骨骼机器人。 2007年,该公司该公司被雷神公司收购。 2008年4月28日,雷神宣布萨克斯管的外骨骼机器人XOS取得了巨大成功,但仍在不断改进。 美国军方在2009年开始测试改进模型。外骨骼机器人研究中最棘手的问题是能量问题。 在第一个发展阶段,伯克利采用了一种使用人体移动的解决方案。 “Berkeley下肢外骨骼”(BLEEX)机器人仅到达士兵的腰部,并且负荷悬挂在靠近腰部的支架上。 最大负载可达45kg,电源可持续20小时。 在最大负荷下,用户的氧气消耗比自负荷低15%。 伯克利的第二代BLEEX非常有效地使元件小型化,所有电子电路和许多机械元件都安装在金属管中。 然而,由于发电装置影响步行步态,因此用户消耗更多能量。 萨克斯管成功的主要原因是该公司暂时解决了能源问题,首先解决了全身外骨骼的克制,快速反应和平稳运动等问题。 只要有能量,XOS允许用户连续500次轻松举起并降低90公斤杠铃。 鉴于美国军方提升180公斤物品以及跑步和跳跃的指标,XOS仍在改善。 XOS的抑制原理类似于飞机的线性传导抑制。 XOS在精心挑选的位置设置了“力传感器”。 当佩戴者移动肢体做某事时,力传感器立即通知中央计算机,然后计算机高速计算外骨骼的动作以帮助用户。 根据计算结果,计算机指示处于适当位置的液压元件移动活塞,活塞拉动电缆,外骨骼移动。 抑制XOS的原理是以某种方式移动外骨骼以最小化力传感器受到的来自人体的力。 换句话说,由于外骨骼取代了使用者的负荷,使用者在没有先施加力的情况下立即“离开”获得帮助,因此相关位置的传感器将不会继续受到人体施加的力。 。 XOS领导人Jack Buson称这种抑制原则“让人失望”。 这似乎是一个大问题,但实施并不容易。 就传感器而言,它必须每秒检测数百至数千次的力情况并将其传输到中央控制计算机。 中央控制计算机必须立即完成计算并向相关液压元件发出指令以完成动作。 上述过程不够快。 用户感觉到在水中行走时的阻力以及“运动明显落后于心灵”的不适。 目前市场上没有液压元件,因此公司必须设计XOS所需的30个液压元件。 设计索引是即使用户不同,只要放置XOS就可以使用,并且不需要人机磨合时间。 所以必须要解决的问题是,如果用户被改变为身体尺寸差异较大的身体,则传感器上的压力是不同的,因为用户想要移动或者因为较大的身体被挤压。 传统的液压元件,如果在接到指令时作用,必须消耗能量以维持交易流体的足够压力。 为此,萨克斯管设计了一种特殊的液压阀,以降低XOS的能耗。 不仅如此,该公司的设计团队还计划修改XOS计算机程序,以更好地模仿人类行走。 人类行走主要依靠臀部的大块肌肉。 在脚接触地面之前,许多其他缓冲和平衡的小肌肉都无法正常工作。 走这条路,XOS还可以节省更多电量。 但无论如何,68kg XOS只能依靠自己的电池40分钟,长期测试或本能显示取决于外部液压线。 美国国防部已拨出资金用于开发军用人造肌纤维。 该指标是利用电压变化引起上述纤维收缩或松弛力来代替液压元件。 即使萨克斯可以进一步降低XOS的能耗,运动部件更少的系统也更可靠。 而且,与弯曲液压管线相比,更容易处理电线的弯曲,并且不存在液体泄漏的问题。 因此,未来的主流外骨骼机器人可能无法继续选择液压系统。 日本外骨骼机器人日本在机器人的发展方面有着良好的基础,世界上大约一半的工业机器人来自日本。 日本有一个看起来像XOS的全身商用外骨骼机器人。 由筑波大学山口教授创立的Cyber​​dyne开发了一种混合辅助肢体(HAL)外骨骼机器人。 其第五代产品HAL-5于2005年在爱知世博会上亮相,引起了广泛关注。 它被“时代”杂志评为2005年度最佳发明。 HAL-5的质量为21kg,并且是自支撑的,因此使用者佩戴后不会感到负担。 HAL-5由挂在腰部的锂电池供电,至少可以帮助用户增加40kg的提升或提升能力。 完成HAL-5“人机默会”训练需要30分钟。 HAL-5有两个抑制系统,其中一个不使用力传感器,但使用连接到人体皮肤的电极来检测弱生物电流,以确定用户想要贡献的方式。 另一个控制系统可以记忆和模仿用户的运动特征,例如某条腿的弱点,可以更贴近用户,也可以解决一些人的弱生物电流问题。 HAL-5于2008年10月生产,年产量为500套。 然而,日本没有关于军用外骨骼机器人发展的消息。 外骨骼机器人战争效果
就技术发展的现状和趋势而言,在面对先进国家时,装甲车等指标一旦被发现,被击中或摧毁后即可被击中。 还是受伤了 体积小于装甲车的步兵显然容易隐藏,但视野比装甲车的视野小得多,人员的弹药承载能力和全速旅行耐力明显落后。 如果使用外骨骼机器人,问题可以很好地解决。 目前美国计划的外骨骼军用机器人需要能够携带21公斤的个人防护装备,超过100公斤的武器和弹药。 自供电能量可以使用24小时,连续行进速度至少为每分钟300米,甚至达到每分钟。 超过400米。 只要有足够的力量,前躯干机器人辅助步兵可以在漫长的行军后迅速深入挖掘。 为了帮助士兵在陌生的环境中正确快速地到达位置并了解周围的情况,军用外骨骼机器人将安装GPS,夜视设备等。 更高级的模型甚至可以根据指示或由他们自行决定将受伤或失去意识的士兵送到友好警卫的后方。 目前正在讨论的主题之一是外骨骼机器人允许友军穿戴和使用,同时也防止敌人使用。 如果军用外骨骼机器人成熟,步兵的战斗力将大大提高,高速行进步兵将再次在战场上发挥重要作用。 外骨骼机器人的后勤和和平使用。 对于地震这样的救灾,如果有一个外骨骼机器人,它的作用是不言而喻的。 想象一下,一个人可以举起100公斤甚至i80公斤的石头和混凝土板,24小时连续的生意不会感到疲倦。 这种救灾队伍可以在一个狭小的空间内举起废墟,效率比普通人高几倍。 或清除道路上的障碍物,它将在救灾现场做些什么! 如果您使用速度为每小时20公里的外骨骼机器人,可以在夜间准确定位并且装载超过100公斤,您可以在一排中运输超过40​​00公斤。 材料,它不受天气,缺少着陆点等的影响,将是什么样的交易效率! 因此,即使早期成熟的外骨骼机器人不足以进行战斗,美国军方似乎也会用于物流任务,例如处理和装卸物资,对战斗机进行轰炸等,能够长期使用外部能源 任务。 编辑刘兰芳
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