中科院新型电机驱动外骨骼机器人系统开始调试

在今年世界杯上，一位穿戴外骨骼的残疾人开球吸引了全世界的眼球。外骨骼是目前世界上许多国家正在研制的先进技术，除了能够帮助老人、残疾人恢复运动能力，也可以大幅度增强普通人的体力。在军事、救援等领域有着广阔的前景。据悉，中科院常州先进制造技术研究所目前也在进行外骨骼技术的研究，他们研制的EXOP-1外骨骼系统开始进行系统调试，即将进入测试阶段。而这还并非中国唯一正在进行的外骨骼研制项目，目前公开报道过的正在进行外骨骼相关技术研制的机构还包括中科院合肥智能机械研究所和解放军南京总医院。从图片上来看，常州先进所的这套外骨骼完整性是国内公开的外骨骼系统中最高者。

从系统完整性和先进性角度而言，中科院常州先进所研制的这套系统是国内目前公开同类系统中最高的。不过目前为止这套系统还只包括了腰腿部分，尚未制作辅助手臂运动的上肢系统

今年3月，中科院常州先进所科研项目办公室主任、副研究员陈剑向记者展示了该所正在研制的EXOP-1（认知外骨骼机器人1号）外骨骼机器人。据记者了解，目前研制团队正在对系统进行调试，即将进入测试阶段。

被悬挂在先进所研究室的这套外骨骼，目前还只有下半身。其主要结构材料为航空铝合金，在对应穿戴者腰腿位置设有9处固定带，装有22个传感器， 6个驱动器和1个控制器，重约20公斤。

据介绍，穿戴上这套外骨骼后，力量会有大幅度的提高。“每条腿都有3个电机，每个电机对应了腿部的人体的髋关节、膝关节和踝关节，通过电机，达到给每个关节助力的作用。”在系统膝关节上侧，设置了5格档位，身高1.7米到1.8米的人穿戴可以根据身高自行调节，而鞋子也是特别定制的，每只足底装了4个传感器。

解放军南京总医院研制的外骨骼系统，从外形上看略显粗糙，动力系统似乎只提供了膝关节助力能力

中科院合肥智能机械所2005年开始研制的外骨骼系统原理样机

一套外骨骼系统造价在30万元以内。从3月份立项，到搭建本体、做控制程度、传感器，陈剑和他的团队相继攻克了降低机器人重量、电机联调和如何准确获取运动意图等难题，预计本月底试制完成样品。

为了向记者展示这套系统的工作方式，在工作人员的帮助下，陈剑先将脚固定在机器人的“脚上”，然后再将小腿、大腿和腰部与机器人固定在一起，打开开关后，准备行走。只见陈剑轻轻一抬腿，机器人很快就感知到了这个动作，以几乎相同的角度屈伸跨步。

据陈剑介绍，按驱动方式分，目前世界上研制的外骨骼机器人有液压驱动、气动驱动和电机驱动，而他们研制的就是第三种。“就像我刚刚做的动作，人要抬腿走路时，会产生一个运动趋势，这个信号传达给足底的传感器，反应到大小腿肌肉，再传达给控制器和驱动器，继而自动设定关节的旋转角度，系统本身通过检测压力变化和人体姿态变化，解读运动意图，推动人体行走，达到相一致的动作，这就是机器人的工作原理。”

而在世界杯亮相的这一套外骨骼机器人系统，由加州伯克利分校研制。先进所助理研究员王玉成博士分析，巴西这套外骨骼的工作原理，和他们研究的有所不同。

美国防先进计划署提出研制的“勇士织衣”系统，是一套面向未来的战术外骨骼系统

近日热映电影《明日边缘》中的战术外骨骼系统，可大幅增加士兵力量，并可让士兵携带大量武器弹药，提高作战能力

它是通过一个头盔，监测截瘫患者的大脑神经信号，信号将传输给外骨骼机器人系统，系统根据患者的意念展开行动，从而实现站立、行走。“但是，这种信号传递方式，有诸多的不稳定性，因为脑电识别的动作也是有限的。”

“在美国，外骨骼机器人通过不断调整功能，成为可以多功能地辅助人体机能的系统。”陈剑告诉记者，当时外骨骼的运用主要分为两类，一类是军用，以负重为主，另一类是商用，全身性地以增强人体功能。

事实上，在民用领域，外骨骼机器人也可以广泛应用于登山、旅游、消防、救灾等需要背负沉重的物资、装备而车辆又无法使用的情况。

而陈剑团队研制的，属于助力负重型的机器人。陈剑比了个形象的概念：假如你要负重200斤的东西，穿上外骨骼机器人，这件事情就变得轻而易举。“其中80%的重量都能通过机器人助力。”

EXOP-1计划承受负重70公斤，其中助力功预计达到70%以上，目前已有多地消防公安部门有预订意向。“我们设计的外骨骼是给正常人穿戴的，可以运用在消防救火上，帮助消防员负重灭火物资。”

目前，他们团队的第二代认知外骨骼机器人也已经在研制中，相比第一代，从系统到助力功效，将有更大的提升。“高楼大厦着火，穿着外骨骼的‘钢铁蜘蛛人’去灭火，或者在灾区，一拳打穿墙体救人，也不是没有可能。”