1。外骨骼机器人的定义

外骨骼机器人是一种通过支持，运动和保护功能模仿生物学世界中的外骨骼提出的新的新机械装置。它结合了关键技术，例如机械结构，控制，驱动模式和人类计算机的交互，使佩戴者能够完成无法完成的任务。

2。外骨骼机器人的三个核心系统

这三个核心系统是传感系统，控制系统和驱动系统。传感系统收集与运动相关的信号并将其传输到控制系统。控制系统处理传输信号，并将其转换为运动指令，以将其传输到驱动系统。驱动系统驱动外骨骼运动。在此过程中，所有链接都存在技术困难，这会影响外骨骼机器人的反应速度，随访能力，舒适等。

1。传感系统

传感系统通过分布在外骨骼的不同位置的传感器来收集用户的步态和能量消耗。收集的信息可以分为物理量和生物量。

物理数量传感器可以收集物理信息，例如位置，角度，压力，扭矩等，以判断用户的步态周期。但是，基于力反馈的物理数量传感器具有一定的滞后，并且在执行某些动作时容易感到阻碍。

生物量传感器可以收集由人类中枢神经系统控制的肌电图信号，并且与物理数量传感器相比具有一定的进步。但是，找不到接头扭矩和肌电图，一一需要对应，这需要对控制系统的高智能设计，并且必须将传感器连接到人体的表面，这很容易掉落和不脱落，测量结果很容易受到干扰。

2。控制系统

控制系统是外骨骼机器人的中心。通过分析传感系统的数据反馈，预测意图，计划步态模式并实施对驱动系统的闭环控制。它涉及一系列软件模块，例如多传感器融合算法和控制算法。

通常，控制器集中在背面，包括系统主机，信号采集板，电动机驱动板，电源管理和其他模块。但是，随着外骨骼的自由度增加并且模型算法变得更加复杂，也可以使用分布式控制来减轻中央控制系统的负担并提高系统响应速度。

3。驱动系统

驱动系统位于机器操作的末端，负责驱动机械结构的运动。根据驾驶形式，有三种类型：运动驱动，气动驱动和液压驱动。这三种方法具有自己的优势和缺点，其中运动驱动是最广泛使用的。

运动驱动分为两种解决方案。一种是将圆盘电动机直接在旋转接头上安装，并使用电动机转子的旋转来驱动接头旋转。该方法的结构很简单，但它也使关节笨重，限制了电动机尺寸，因此无法达到理想的输出驱动力。另一种方法是使用电动推杆驱动，该杆连接到外骨骼和电动机两端的电动机，将电动机的旋转转换为推杆的线性运动，并将关节推到旋转。

气动驾驶方法的原理类似于液压驾驶方法的原理。以气动压力驱动为例，通过控制一系列控制阀，气体将圆柱体的活塞推动，以在来回运动中进行线性线性。将圆柱体连接到外骨骼机器人的大腿，小腿和脚的耳朵，并将圆柱活塞的运动转换为每个接头的旋转，以实现外骨骼机器人的运动。

对于具有相同功率的设备，液压传输设备的体积小于气动变速箱，较轻的质量和更紧凑的结构。液压油是不可压缩的，其动态响应更及时。但是，在液压传输中，能源损失大量，系统效率低，对油温变化（粘度）更敏感。建议在温度较低或更高的地方工作。同时，为了减少泄漏，液压组件需要更高的处理精度，这使得处理成本更高。

3。外骨骼机器人的关键技术：意图识别

为了提高外骨骼机器人的后续性能，需要使用传感技术和智能技术来积极识别用户的意图并产生更即时的人类计算机互动体验。

有两种获得用户意图的方法：直接和间接。直接获得用户意图可以通过人类与机器之间的EMG数据或相互作用来实现；可以间接获得用户意图，可以从外骨骼关节获得，估算用户意图并扩大运动效果。

当前，可以直接在人类中获得的主要生物学信号包括肌电图（EMG，），电智能信号（EOG，），电信信号（GSR，皮肤），脑电图信号（EEG，）和磁性脑信号（MEG，）等。 EMG和EEG通常用于外骨骼。马斯克公司致力于将人脑连接到计算机，并将计算机芯片植入人脑，这是脑电图的连接方法。

目前，可以直接获得操作员的意图的传感器敏感很差，并且降噪，建模和校准很困难。因此，大多数外骨骼都使用间接获取意图来通过内置的机械传感器来判断用户的行为并扩大运动效果。但是，此方法存在一些问题，例如无法识别用户的力量和环境外力，这使得外部控制系统具有某种概率错误地判断用户的意图，从而导致外骨骼机器人不稳定或失控均匀，危害人身安全。

4。外骨骼机器人面临的三个核心问题1。电池寿命问题

目前，外骨骼机器人主要分为两种功能模式：电池电源和内燃机发电。大多数产品的耐力远低于24小时使用要求。

改善能源容量，改变现有的充电方法以及通过算法控制能源消耗以扩大用户活动的范围是外骨骼实现技术突破的首要任务。

2。舒适问题

作为一种近距离设备，外骨骼机器人被认为是人体的扩展，需要确保佩戴者的舒适度。

目前，大多数医疗康复外骨骼设备都采用捆绑磨损，这种佩戴方式会给人们带来压力，从而导致血流不良和肌肉变形，从而影响外骨骼的定位准确性。长期服装也将是一个问题。可能有负面影响。

此外，值得一提的是，肌电图信号采集对外部环境高度敏感。缺乏可穿戴的外骨骼在热和湿度舒适性方面可能导致操作员出汗很大，以干扰传感器的数据获取，从而使外骨骼动作反馈延迟了，并且难以执行困难的操作。

3。成本控制问题

由于硬件生产成本和相关技术的限制，大多数国内外骨骼机器人公司目前无法实现大规模的批量生产，这导致了高产品价格。普通的国内医疗外骨骼机器人的价格约为200,000至500,000元。尽管它比美国和日本的进口产品要低得多，但对于普通人来说仍然不是可接受的价格。

随着价格不变的价格，包括医疗保险类别中的设备可能会解决用户“负担得起”的问题，但是相关账单的促进也将需要相当长时间。当无法降低产品价格时，商业化过程将非常困难。

5。外骨骼机器人的研究方向1。柔性关节技术

为了使机器人能够实现灵活的运动，需要对感知，决策，执行和其他功能的全面改进，并且对机械硬件，电子硬件，嵌入式软件，高级软件，智能算法，智能算法，智能算法，智能算法，智能算法，智能软件，智能软件给出了更具体的要求。等等机器人配备了。灵活的关节是服务机器人的核心组成部分，它们必须是聪明的，也就是说，每个关节都有其自己的计算，通信和感应。

2。意图识别技术

收集了惯性，相互作用，脑电图和肌电图等感应数据，并使用智能算法来判断用户的运动意图，以提高外骨骼机器人的响应速度和随访性能。

3。人工智能技术

每个人的步态都不同，驾驶角度和驱动力也不同。通过在线学习和自适应参数设置，我们可以找到适合每个人个性的支持模型。

4。新材料技术

通过将更轻，更舒适的材料与人体结合在一起，找到更合理的模块布局。

5。能源技术

为了确保安全性和较高的电池寿命，它还需要在特殊操作环境中具有相应的保护功能。