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分类: LINUX

2018-02-23 22:14:47

原文链接:https://zhuanlan.zhihu.com/p/27537309

外骨骼公司:http://exoskeletonreport.com/

1.简介

《未来简史》有趣的观点:1.以前的科技只是作为人类的工具,而未来的科技即将改变人类本身;2-之前的数千年大多数人类一直深受瘟疫、战争、饥饿的困扰,而未来人类追求的将是寿命、健康、幸福;3-大多数人类将来会无用,机器人和AI将会代替他们(类似北京折叠的预设)。

2.外骨骼控制方法

       直接获取操作者意图的方法有从EMG数据、或人和机器人之间的交互力,外骨骼控制常用的就是EMG(肌电信号)和EEG(脑电信号)信号,但是这种方法不是很成熟,面临很大的挑战。

       间接获取操作者意图目前被大多数外骨骼采用,其方法主要是通过外骨骼硬件检测信号来估计人类意图,这种方法也有一定问题,目前比较严重的就是无法区分操作者的力和外力,这样的话外界的力也会使得外骨骼机器人判断出错,有可能导致外骨骼机器人不稳定或者失控。

3.几款外骨骼技术方案

3.1 MIT Exoskeleton增强型外骨骼(负重或帮助残疾人)

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驱动器设计方面

系统的每条腿设计了7个自由度,臀部设计了3个,膝关节设计1个,踝关节2个,脚上1个,主动驱动器只有臀部安装了,膝关节安装了阻尼器,踝关节安装了弹簧。比较有特点的是在臀部设计了一个凸轮机构,能够保证在运动时适应人腿和外骨骼的距离变化,这个变化会影响人腿和外骨骼运动的轴心位置,考虑的就很完善。

系统中唯一一个动力部件,它的性能设计的很不错,如果固定末端的话力输出带宽可以达到35HZ,如果末端使用质量块测试的话带宽可以达到40HZ。由于高性能的外骨骼必须有高性能的驱动器支持,Boston动力的机器人大狗的机械腿的带宽肯定很高,否则无法实现灵巧的抗摔倒动作(踹不倒的那个响应动作)。

控制策略

MIT的研究者有个非常好的习惯就是从原始研究出发,比如文章在制定策略之前就先研究了人走路的实际情况。即人正常速度走路的时候什么时候需要做正功,什么时候做负功,这样就能给出策略,决定系统什么时候提供能量,什么时候吸收(存储)/消耗能量。

3.2 Body Extender增强型外骨骼

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整机共计22个自由度,每个自由度有一个直流有刷电机驱动。在人和机器人固连的5个部位安装了5个六维力传感器(手,脚,躯干)来检测人的运动意图,手部爪子部分安装了21维力传感器来检测人手期望的输出力。

 

3.3 XoR康复型外骨骼

驱动器采用了混合动力-气动肌肉和电机,其中气动肌肉用于补偿重力,电机用于快速控制,下图描述了两者优势互相补充的示意。即电机力矩小但是响应快,气动肌肉力矩大但是响应慢,两者结合就得到了很棒的阶跃响应曲线。气动肌肉买的是FESTO的商业化产品,电机就是学术界标配maxon RE40

https://pic3.zhimg.com/80/v2-278e7330fccb440621d855bd465fcf1d_hd.jpg

分别在膝关节和踝关节安装了气动肌肉。

https://pic3.zhimg.com/80/v2-1e66bea8c8414a7a654fa7141953148f_hd.jpg

这款机器人采用了多传感器融合的技术,使用了EMGEEGNIRS 信号来尝试控制外骨骼,也在系统中安装了IMU(惯性测量单元),足底负载压力传感器。

3.4 ReWalk康复外骨骼-More Than Walking

ReWalk深耕外骨骼领域十几年,他的发展路径很值得借鉴,即在目前技术有局限的情况下如何让一个外骨骼公司能够盈利。他们采取两种产品线的方式:一种是个人产品,一种是康复产品。

将外骨骼产品做成全系列的康复产品是个很棒的思路:即用ReWalk? Rehabilitation先做康复,然后用ReWalk? Personal作为后续销售给个人的能够拓展活动范围的外骨骼产品。这种康复训练中心就有了体验店的感觉。


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