穿戴外骨骼助力機器人野練
國產(chǎn)“外骨骼”，讓你分分鐘變身自主“鋼鐵俠”
專家聊裝備
近日，中國兵器工業(yè)集團西北機電工程研究所研制的“穿戴式外骨骼助力機器人”對外發(fā)布第二代樣機，其功能和性能指標已接近或達到國際同類裝備的技術(shù)水平。
最新照片顯示，第二代外骨骼系統(tǒng)更加輕量化，好似穿在人體上的“鋼鐵戰(zhàn)衣”，使用該系統(tǒng)可大幅提高人體的負重能力，緩解身體疲累，降低骨骼肌肉受傷幾率，在應對復雜地形環(huán)境、隨機性任務時具有較好的靈活性。
“除了負重搬運，還可進行山地負重攜行和高原巡邏。”西北機電工程研究所特種裝備研究室副主任、該項目負責人莫新民表示，外骨骼機器人是為滿足高原、山地、城市等復雜地形環(huán)境條件下，戰(zhàn)士執(zhí)行各種作戰(zhàn)或后勤任務對體能增強的迫切需求而研發(fā)的單人操作的智能仿生軍民兩用多功能攜行助力系統(tǒng)。“其結(jié)構(gòu)部件并聯(lián)在人體肢體外側(cè)，與人體關節(jié)并行運動，將人體的大部分外負載重量傳遞到地面，控制系統(tǒng)的智能和主動性能對人體關節(jié)適時助力。”
新發(fā)布的第二代外骨骼系統(tǒng)自重24kg，行進速度每小時4—4.8公里，單人穿戴時長約2分鐘，旁人輔助穿戴40秒，脫卸30秒并可折疊運輸，適應1.6m—1.9m的身高范圍，額定負重50kg，可連續(xù)工作4小時。“相比第一代外骨骼系統(tǒng)自重減輕30%，背架系統(tǒng)實現(xiàn)了集成一體化設計；控制系統(tǒng)伺服跟蹤延遲時間縮短了50%；動力電池具備SMBus管理功能；整個傳感網(wǎng)絡得到優(yōu)化，姿態(tài)測量維度從一維提升到三維，使系統(tǒng)的逆動力學解算精度提高了25%。”莫新民介紹道。
本次發(fā)布的外骨骼助力機器人系統(tǒng)是該研究所獨立自主研發(fā)的第一代系統(tǒng)的優(yōu)化升級，樣機關鍵技術(shù)均立足團隊自主研發(fā)，掌握全部核心關鍵技術(shù)并擁有全部知識產(chǎn)權(quán)，其功能和技術(shù)指標已基本達到美國洛克希德·馬丁公司發(fā)布的人體負重支撐系統(tǒng)(HULC)的相關指標。西北機電工程研究所于2013年組建了外骨骼機器人科研團隊，歷經(jīng)五年的多輪設計迭代及優(yōu)化，項目團隊解決了人機耦合系統(tǒng)面臨的高動態(tài)性、特異性與不確定性難題，取得了人機協(xié)同智能傳感控制技術(shù)、人體運動適應性承載機構(gòu)設計技術(shù)和輕小高效液壓驅(qū)動技術(shù)等一系列核心關鍵技術(shù)的突破。“如果不突破這些核心關鍵技術(shù)，外骨骼機器人就動不了、動不好，更別說實現(xiàn)為士兵助力等多種功能。此外，進口元器件的國產(chǎn)化和技術(shù)成熟度增加也使成本大幅下降。”莫新民表示。
世界范圍內(nèi)，外骨骼機器人系統(tǒng)的研發(fā)競爭激烈。以美國、俄羅斯和法國等科技發(fā)達國家為代表的外骨骼機器人系統(tǒng)和項目主要有，美國洛克希德·馬丁公司的HULC系統(tǒng)、美國特種作戰(zhàn)司令部的“戰(zhàn)術(shù)突擊輕型作戰(zhàn)服”項目和俄羅斯國防部第三中央研究所的“勇士-21”系統(tǒng)等。外骨骼機器人系統(tǒng)有剛性、柔性、主動、被動四類，但部分外骨骼系統(tǒng)以“剛?cè)狁詈?rdquo;或“主被動復合”等復合技術(shù)形態(tài)展現(xiàn)。“根據(jù)不同應用場景需求和技術(shù)特點，復合技術(shù)形態(tài)應該是外骨骼機器人系統(tǒng)的發(fā)展方向。”莫新民說。
第二代外骨骼機器人系統(tǒng)的軍民應用前景均十分廣闊。軍用方面，一是作為單兵作戰(zhàn)平臺，與無人系統(tǒng)高度融合后形成強大靈活的作戰(zhàn)能力，可能深刻改變現(xiàn)有作戰(zhàn)模式；二是作為支援保障類裝備，增強士兵的負重與機動能力，協(xié)助完成高原山地環(huán)境軍用物資運輸、野外彈藥補給、戰(zhàn)場救援、抗震搶險救災、狹小空間物資搬運等高負荷高強度任務，可大幅提高士兵對缺氧環(huán)境的耐受力；三是通過專項設計拓展應用于核工業(yè)全封閉穿戴式輻射防護服、航天員太空助力等領域。
民用方面，針對需求進行適應性設計并應用于多個行業(yè)領域，如高層消防、抗震搶險救災、物流業(yè)等，還可幫助老年人和殘疾人實現(xiàn)自主行走。“改進型外骨骼機器人系統(tǒng)已進行相關野外試驗驗證，不過投入實用還有距離，將在成本、可靠性、可維修性、耐環(huán)境性四個方面進行一系列優(yōu)化和提升并盡快開展小批量試用。”莫新民說。本報記者 唐芳
原文標題：“穿戴式外骨骼助力機器人”發(fā)布樣機 似鋼鐵戰(zhàn)衣
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