机械外骨骼研究现状和发展趋势(2)

人机接口技术主要目的是在人和机械外骨骼之间构成一个媒介,让人能够轻松地发挥机械外骨骼被设计出来时预想达到的功能,这一媒介必须便于使用并且


人机接口技术主要目的是在人和机械外骨骼之间构成一个媒介,让人能够轻松地发挥机械外骨骼被设计出来时预想达到的功能,这一媒介必须便于使用并且能最大限度地发挥机械外骨骼本身所具有的功能,与此同时还应该考虑到如何布置才能最大限度地保持舒适性。

具体来说,此技术是通过人机接口设备获取人、外骨骼服和环境的信息,再将信息用体域网络的相互传送,多传感器感知、数据融合技术和智能预测等技术进行分析加工,复现人体的运动姿态,实时预测穿戴者的运动,并实时传输给嵌入式控制器,为控制系统和执行机构提供控制依据。

3.2、仿生机械结构技术

   机械外骨骼的使用主体是人,在设计时要加入对人体身体结构,尺寸的考量,在针对不同的人时确定其合适的数据来调整完善外骨骼各部件的最佳功能尺寸。

具体方法为以满足轻量化设计要求为目的,通过分析各机械外骨骼间的相应联系,建立整体的数学模型,并研究各部件承载与运动的特征关系,同时进行强度、刚度分析研究,将各部件耦合为一个整体运动模型。

3.3、  驱动机构技术

生物的外骨骼可以由其自身的身体供能,现在科学技术难以让人类的生物能转化为机械外骨骼的能源,因此如何让能源装置尽可能的便携又耐用成为了一个重要课题。

驱动机构技术是根据各关节动力学情况,全面综合应用各种驱动方式,攻克高功率小型化的动力系统、伺服单元、驱动系统的高速高密度伺服控制等关键技术[10]。

具体方法为不断改进人体机械外骨骼的驱动机构设备的能量体积比、输出最大功率、控制特性等指标等,还可以寻找与使用行业内使用较少的驱动技术(比如气动驱动)作为一种改进机械外骨骼驱动机构的方法。

3.4、  随动控制技术

机械外骨骼的一大特点就是人机的紧密结合,机械外骨骼可以随着人类的意志进行相应的运动,其中人类的决断扮演了重要的角色,人通过对于自己身体的控制来影响机械外骨骼的工作过程,来达到自己的目的。

研究随动控制技术的目的就是,使机械外骨骼按照穿戴者的意图进行运动,在保持舒适性,灵活性与精准性的基础上,进行尽可能大的辅助出力,并追求在尽可能小的改动下,适用于更多样的人群。

具体方法是计算得出机械外骨骼的运动学与力学模型,并通过软件仿真进行设计优化,最终得到普适性高的,可以准确快速地实现随使用者意志工作的机械外骨骼。