国产无动力外骨骼,解脱耗时小于30s,最大负载70Kg,应用场景广

外骨骼机器人技术是当今世界科技方面最前沿技术之一,不仅在军事上有所应用,随着技术的逐渐发展,外骨骼在救援、医疗、工业、物流等领域也有所拓展。

什么是外骨骼?

外骨骼是一种类似于昆虫外骨骼的人体穿戴设备,能够帮助增加人体负重能力,降低肌肉疲劳感,防止肌肉与骨骼的损伤,在应急救灾、消防救援和医疗康复等领域有着广阔的应用前景。

外骨骼大致上我们可以把它根据能源的使用分为两类:一类是有源的外骨骼,一类是无源的外骨骼。

今天要介绍的这款普力承重外骨骼,是辅助人体承重和助力的无源机械装置。旨在增加人体负重能力,降低肌肉疲劳,防止肌肉与骨骼损伤。

普力承重外骨骼
  • 产品参数

助力模式:无源机械助力

装备重量:小于6Kg

额定载荷:25Kg;最大负载:70Kg

减重效能:行走时肩部减重30%;站立时肩部减重50%

装备穿戴耗时:小于2min

装备解脱耗时:小于30s

装备膝关节助力:不小于5Nm

装备适应性:身高165cm-185cm范围内的人体穿戴

应用领域:军事、应急救灾、消防救援、电力、物流搬运

  • 模块化设计

该外骨骼采用的是模块化设计,采用高分子材料与复合材料制成,使用黑色塑料箱存放,分为上下两层,上层为腿部机构,下层为腰部机构。

采用快速插接式设计,腰部、腿部机构都可以自由伸长缩短以适应不同的身高,通过腰部机构与双腿机构插接、双腿机构与踝关节机构、鞋套插接,使用背带、束缚带与身体紧密连接,设计多个圆形快拆机构使快速穿戴时间小于2min,快速解脱小于30-10秒。

  • 无源外骨骼

该外骨骼无需外动力,采用纯机械蓄能、力学传导、人机工程等原理,将人体所承受的重力进行合理分布,向地面传导,从而到达有效减重、增加人体负重续航能力。

什么是无源外骨骼?顾名思义,指的就是不需要外部能源驱动的外骨骼系统,这个和依靠电池供电,电机和液压驱动的有动力外骨骼区别明显。这类外骨骼的重点放在了增强人体的承重能力上,助力是其次。目前基本上所有的无动力机械外骨骼的设计思路都是集中在如何将重物产生的压力,分散传递给大地,以减轻人体的负担这条思路上。

普力承重外骨骼在人体背负重物时,上肢机构将重物压力分布在肩、背、腰等部位,同时将部分压力传递至下肢机构。由于不靠电源驱动,使用者可以一直运动而不用担心充电的问题,能适应铺装路面及越野等各种路面,甚至可以匍匐前进、能够以10千米/时通过沙土路面,5千米/时通过碎石路面、灌木草丛、陡坡等,在行走时能够得到10nm的关节动态助力,还能够自由攀爬跳跃,在落地过程中还能够起到减轻冲击力,保护膝关节的作用,因此对于膝关节、半月板损伤的患者也有一定作用。

该外骨骼的机构设计高度匹配人体关节运动。用户在穿戴该外骨骼后,对人体运动没有干涉,同时能适应室内、户外、高原、涉水等各种复杂环境。

  • 三大技术特点

在国际上首次提出运用于外骨骼的并联式弹性驱动方案,拥有独立知识产权,驱动系统具备体积小、能耗低、效率高的特点

全自主研发人机交互系统,通过多模态运动、生理信号采集,其控制算法能够深度学习、精准预判,给人体提供适度增能

其结构设计,贴合肌体,穿戴舒适。人机同构性好、人机耦合性高,提升助力效能。

外骨骼应用场景

2020年8月,解放军卫勤演练中,一名解放军女护士在装备外骨骼之后,能够轻松地背着140斤重的伤员跑动。

后来在中印边境局势紧张后,我国为边防部队配发了一种外骨骼。根据穿戴装备的战士反馈,在背上20公斤的物资后,重量全部由外骨骼承担,不会下到身体上。

在今年“应急使命2022”高原高寒地区抗震救灾演习中,除了出现运20、运9运输机之外,还大量运用了危险品处置机器人、人体外骨骼、地图建模无人机、5G远程诊疗设备等新型救援装备。

从以上应用案例中,我们也可以看出,当前因为外骨骼技术尚未成熟,我国的应用大方向首先是在后勤保障、战地医疗、抢险救援等。特别是各种抢险救援现场情况往往比较复杂,大型机械设备可能无法进入,而单靠人力又效率太低,外骨骼设备一定程度上弥补了人力的不足,同时兼具灵活性。

结语

与有动力外骨骼相比,这类无动力外骨骼在运动时对人体的负担减轻和助力还是比较有限的。但是优点也很明显,那就是永远不用考虑充电,同时结构简单可靠性更高,成本更低,更容易大规模装备使用。如果在地震、泥石流、洪灾、矿难等等事故的救援行动中可以用上外骨骼系统,相信救援效率会成倍增加。


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