人体外骨骼机械助力装置是帮助作业者节省体力,提高工作效率和加强人体载荷能力的机械装置。虽然外骨骼机器人技术在某些领域中有了长足的发展和应用,但还达不到人的智力水平,包括决策能力和对环境的感知能力。与此同时,人类所具有的智能是任何生物和机械装置所无法比拟的,人所能完成的任务不受人的智能的约束,而仅受人的体能的限制。因此,将人的智能与机器人所具有的强大的机械能量结合起来,综合为一个系统,将会带来前所未有的变化,而外骨骼正是这样一种综合系统。
人体外骨骼,既能做民用辅具,也可以作为军用装备。下肢外骨骼可以协助消防队员在消防救火中背负沉重的消防器材、帮助建筑工人搬运重物,也可以帮助部队完成负重急行军任务。例如美国研发的行走外骨骼装置“Spring walker”能够使佩戴者最高行走速度达56公里/小时。
同时,在医疗方面,人类自诞生以来,都以与自然作斗争、追求幸福生活、求得自身的解放而奋斗,穿戴式外骨骼助力装置即为实现此追求的一种产物,人们希望造出一种可穿戴的、与人体自身高度符合适应的、与人类一样的设备,来弥补自身的不足、实现自身自由幸福生活,可穿戴外骨骼助力装置便是在这种对自身解放的追求下产生的。可穿戴外骨骼助力装置是一种可穿戴的拟人机械装置,穿戴在人身上,来增加人体的运动能力,完成人体自身难以完成的活动,有效地弥补残障者、年长体弱者的体力不足问题,使下肢残障者能够重新独立的生活。本文设计制作的外骨骼助力装置主要用于生活中搬运重物,节省工作者的体力,提高工作效率并加强人体承载负荷的能力。
因此,不论是在军用还是民用方面外骨骼助力装置都有相当大的用途和前景。本文采用人机工效和模块一体化设计思想,设计了一种多自由度、可伸缩、实用性强、拆装方便,能高效适应人体各种运动姿态的人体外骨骼助力装置,可有效减轻快递员或者其他从事高负荷劳作的人员搬运物资时的劳动强度。上肢助力搬运模块采用气动驱动的齿轮齿条机构实现了助力搬运,应用肌电传感器控制技术有效增强了装置的控制灵敏度,极大的提高了上肢助力的人机工效。运用气弹簧、连杆机构和弹簧脚踏板完成了下肢助力支撑模块设计,气弹簧、连杆机构实现了腿部弯曲时的储能和伸直时助力功能,并配合弹簧脚踏板实现了助力装置上楼梯的功能,扩展了装置的活动范围。