外骨骼结构设计案例分享

19年外骨骼结构设计

机械外骨骼或称动力外骨骼(Powered exoskeleton)，是一种由钢铁的框架构成并且可让人穿上的机器装置，这个装备可以提供额外能量来供四肢运动。别称:强化服、动力服(Power Suit)、动力装甲(Power armor或Powered armor)、Exoframe、Hardsuit或Exosuit等。凭借这套"服装"，人类就可以成为所谓的"铁人"。

动力外骨骼更倾向于军用，除了能够增强人体能力的这一基本功能外，还要具有良好的防护性、对复杂环境的适应性以及辅助火力、通信、侦查支持等军用功能。 动力服是设计成用来保护穿戴者的，例如为了保护士兵或建筑工而设计，或设计用来进行救援身处险境的人员上。广泛一些的用途则是用来做为义肢与帮助老弱者行动。其它的用途则是用来进行救援行动，就像在一栋要倒塌的建筑物里，这个装置可以提供给工人很大的力量来举起重物，同时保护它不被落下的碎石砸伤。在日本，有银行为需常搬运沉重钞票及硬币的员工配备外骨骼，以降低身体负担。 科幻作品中也有众多作品将动力服拿来发挥，例如《星舰战将》中机动步兵的动力服;《钢铁侠》中的动力服;《浩劫杀阵》系列、《辐射》系列、《战锤40000》《warframe》或《星海争霸》中的太空陆战队身穿的动力装甲等等。

"你可以想象一个像蜘蛛网一样的东西紧紧的结合你的贴身裤子，"设计和建造这款机器护甲的研究小组负责人、美国哈佛大学维斯研究所机器人学研究学者康纳·沃尔什(Conor Walsh)这样说道。这套衣服并非第一款测试的机械外骨骼，尽管它可能是目前为止最舒服的。类似这种带有坚硬的金属和塑料外套的外骨骼已经用于帮助瘫痪人群摆脱轮椅，但它们仍然是笨重的机器。

在现实生活中，普通人每小时只能以约24公里的速度前进，世界纪录保持者Usain Bolt的最快速度为每秒12.3米。与其他动物相比，人类这样的速度很是尴尬，虽然动物们大多数都是四腿走路，但人类想要借助自身行动更快的梦想从未因此而停歇。在历史里，人们已经找到了不止一种提高行进速度的方法，但是，目前看来，仅使用人力即可简单推动使用的只有自行车。但是，无数电影导演和科幻迷们告诉我们，其实可能还有另一种方式，那就是外骨骼机器人，外骨骼机器人一直是科幻电影中人类自身能驾驭力量的极限。

外骨骼机器人的发展与场景 外骨骼的定义最早其实来源于动物，即外部的骨骼，这些外部骨骼一般用于支撑和保护动物，与之相反的是人类这样“内骨骼”的生物。因此，外骨骼机器人一般是指那些能够保护自身，并增强人类能力的可穿戴机电设备，从单一的穿戴电子类产品，后续逐渐形成电子、机械、仿生的跨界融合，形成一项面向未来的独特前沿技术，在应用领域上也发展衍生到包含那些能够增强（帮助康复）残疾人的可穿戴设备，主要用于帮助病人做步态康复训练。因此目前从功能上，一般将外骨骼机器人分为增强型外骨骼和康复类外骨骼。 外骨骼机器人的想法可以追溯到1890年，当时一位叫尼古拉斯·亚根的俄罗斯人发明了一种用压缩空气包为动力的类外骨骼系统；1917年，美国发明家开发了一种以蒸汽为动力的外骨骼机器人；1960年，最早的外骨骼项目出现，其来源于美国军方的增强型军用装甲，同期康奈尔大学的研究者也开始研究人体增强的概念，后续外骨骼机器人很快就开始研发，也造成了这个领域大部分能够探明的问题迅速被探明。1970年，通用电气设计的Hardman系统，包含了30多个关节，能举起1500磅的重量，展示出了外骨骼技术的庞大可能性。