2018年02月14日 04:40 來源：科技日報
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穿戴外骨骼助力機器人野練
國產「外骨骼」，讓你分分鐘變身自主「鋼鐵俠」
專家聊裝備
近日，中國兵器工業集團西北機電工程研究所研製的「穿戴式外骨骼助力機器人」對外發布第二代樣機，其功能和性能指標已接近或達到國際同類裝備的技術水平。
最新照片顯示，第二代外骨骼系統更加輕量化，好似穿在人體上的「鋼鐵戰衣」，使用該系統可大幅提高人體的負重能力，緩解身體疲累，降低骨骼肌肉受傷機率，在應對複雜地形環境、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、城市等複雜地形環境條件下，戰士執行各種作戰或後勤任務對體能增強的迫切需求而研發的單人操作的智能仿生軍民兩用多功能攜行助力系統。「其結構部件並聯在人體肢體外側，與人體關節並行運動，將人體的大部分外負載重量傳遞到地面，控制系統的智能和主動性能對人體關節適時助力。」
新發布的第二代外骨骼系統自重24kg，行進速度每小時4—4.8公裡，單人穿戴時長約2分鐘，旁人輔助穿戴40秒，脫卸30秒並可摺疊運輸，適應1.6m—1.9m的身高範圍，額定負重50kg，可連續工作4小時。「相比第一代外骨骼系統自重減輕30%，背架系統實現了集成一體化設計；控制系統伺服跟蹤延遲時間縮短了50%；動力電池具備SMBus管理功能；整個傳感網絡得到優化，姿態測量維度從一維提升到三維，使系統的逆動力學解算精度提高了25%。」莫新民介紹道。
本次發布的外骨骼助力機器人系統是該研究所獨立自主研發的第一代系統的優化升級，樣機關鍵技術均立足團隊自主研發，掌握全部核心關鍵技術並擁有全部智慧財產權，其功能和技術指標已基本達到美國洛克希德·馬丁公司發布的人體負重支撐系統(HULC)的相關指標。西北機電工程研究所於2013年組建了外骨骼機器人科研團隊，歷經五年的多輪設計迭代及優化，項目團隊解決了人機耦合系統面臨的高動態性、特異性與不確定性難題，取得了人機協同智能傳感控制技術、人體運動適應性承載機構設計技術和輕小高效液壓驅動技術等一系列核心關鍵技術的突破。「如果不突破這些核心關鍵技術，外骨骼機器人就動不了、動不好，更別說實現為士兵助力等多種功能。此外，進口元器件的國產化和技術成熟度增加也使成本大幅下降。」莫新民表示。
世界範圍內，外骨骼機器人系統的研發競爭激烈。以美國、俄羅斯和法國等科技發達國家為代表的外骨骼機器人系統和項目主要有，美國洛克希德·馬丁公司的HULC系統、美國特種作戰司令部的「戰術突擊輕型作戰服」項目和俄羅斯國防部第三中央研究所的「勇士-21」系統等。外骨骼機器人系統有剛性、柔性、主動、被動四類，但部分外骨骼系統以「剛柔耦合」或「主被動複合」等複合技術形態展現。「根據不同應用場景需求和技術特點，複合技術形態應該是外骨骼機器人系統的發展方向。」莫新民說。
第二代外骨骼機器人系統的軍民應用前景均十分廣闊。軍用方面，一是作為單兵作戰平臺，與無人系統高度融合後形成強大靈活的作戰能力，可能深刻改變現有作戰模式；二是作為支援保障類裝備，增強士兵的負重與機動能力，協助完成高原山地環境軍用物資運輸、野外彈藥補給、戰場救援、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境的耐受力；三是通過專項設計拓展應用於核工業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並應用於多個行業領域，如高層消防、抗震搶險救災、物流業等，還可幫助老年人和殘疾人實現自主行走。「改進型外骨骼機器人系統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、耐環境性四個方面進行一系列優化和提升並儘快開展小批量試用。」莫新民說。本報記者 唐芳