外骨骼机器人早已不是玄幻小说里的设定！曾几何时，拥有玄幻小说里酷炫的外生骨骼，从而能够像主角一样神通广大飞檐走壁是很多人美好的想象。而科技的烂漫就在于，它能将我们天马行空的想象变得触手可及。

　　外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。外骨骼机器人是指套在人体外面的机器人，也称“可穿戴的机器人”。那么，外骨骼机器人是如何驱动的呢？其拥有几种驱动方式呢？

　　人体外骨骼助力机器人起源于美国1966年的哈德曼助力机器人的设想及研发，到今天整体仍处于研发阶段，能源供给装置以及高度符合人体动作敏捷及准确程度要求的控制管理系统和力的传递装置都有待大力投入研发和试验尝试。以下是近些年有代表性的研究成果。

　　日本外骨骼机器人HAL3 它由筑波大学研发，功能为：帮助人行走、起立、坐下等下肢动作的动力辅助机器“机器人套装（Robot suit）”HAL（Habrid Assist Legs），该机器人主要由无线LAN（局域网）系统、电池组、电机及减速器、传感器（地板反应力传感器、表面肌电传感器、角度传感器）、执行机构等组成，总重约17千克，设备较重，动力传动采用电机-减速器-外骨骼机构的方法。可以依据人体的动作意愿自动调整装置的助力大小。

　　以色列：“外骨骼”助力装置ReWalk 埃尔格医学技术公司研发的“ReWalk”用一副拐杖帮助维持身体平衡，由电动腿部支架、身体感应器和一个背包组成，背包内有一个计算机控制盒以及可再充电的蓄电池。使用者可以用遥控腰带选定某种设置，如站、坐、走、爬等，然后向前倾，激活身体感应器，使机械腿处于运动之中。主要用来助瘫痪者恢复行走能力。

　　动力传动采用电机-减速器-外骨骼机构的方法，运动模式主要是装置带动人体动作，装置的助力大小由控制管理系统设定，不能跟随人的动作意愿而随时改变。市场规划主要是针对下肢瘫痪的顾客进行产品开发。

　　美国伯克利大学军方合作项目——外骨骼助力机器人士兵服：该装置名为伯克利低位肢体外骨骼(Berkeley Lower Extremity Exoskeleton)或称作布利克斯(BLEEX)，是高级防御研究工程机构设计出来的，尝试将自动机械支柱与人的双腿相连，以降低负重，从而使步兵能够在负载更重的情况下行进更长的路程。这套设备主要由燃料供给及发动机系统、控制及检测系统、液压传动系统及外骨骼机构，使用这种装置的人要通过传动带将自身的腿与机械外骨骼的腿相连，背上要背一个装有发动机、控制管理系统的大背包，背包中同时还留有承载有效载荷的空间。

　　动力传动过程为：发动机-液压系统-外骨骼机构。该装置能平衡掉设备的自重（有50千克），使人穿着时无负载感觉，且控制管理系统将保证它的重心始终是在使用者的双脚上。该装置的背包中还可负载32千克重量。而对使用者而言，他则只感觉像是背了2千克一样。这种装置除了帮助士兵外，还能帮助医疗人员将伤员撤离开危险地区或使消防员能够携带很重的设备攀登上更多的楼层。

　　在了解外骨骼机器人如何驱动之前，我们应该了解外骨骼机器人一共有几种类型。以下是按用途划分的外骨骼机器人的三种类型：

　　第一类是助力型外骨骼机器人，主要面向健康人群，提高人的负载能力，用于军事领域，可增强士兵负重能力。第二类是步态训练康复型外骨骼机器人。主要面向下肢运动能力受损患者的康复治疗中，使患者通过训练以达到逐渐恢复下肢运动的能力，实现自主行走。第三类是下肢运动辅助型外骨骼机器人。这类机器人主要面向丧失下肢运动能力的残疾人，以帮他们能够像正常人那样站立以及行走。

　　国内外专家学者已对外骨骼机器人进行了大量研究，并设计出多种外骨骼机器人驱动系统，应用在的下肢外骨骼机器人驱动方式常见的有液压驱动、气压驱动、电机驱动等。

　　1.液压驱动：将外骨骼机器人的髋部、大腿和小腿分别与液压缸相连，通过液压缸的伸缩控制大小腿的运动，实现行走功能。典型的结构有美国加州大学研发的BLEEX外骨骼机器人、洛克希德·马丁公司的HULC外骨骼机器人均采取了液压驱动。

　　2.气压驱动：原理与液压驱动类似。外骨骼机器人的髋部、大腿、小腿分别与气缸相连，通过气缸的伸缩控制外骨骼机器人大小腿的运动，实现行走功能。国内浙江大学研发的下肢康复医疗外骨骼机器人采用气压驱动方式。

　　3.电机驱动：主要方式有2种。一种是将电动机直接安装在机器人的旋转关节上，利用电动机转子的旋转驱动各关节的转动。另一种是利用电动推杆驱动，电动推杆主要由电机和滚珠丝杠组成，将电动推杆两端与外骨骼相连，电动机驱动滚珠丝杠上的螺母旋转，螺母与丝杠螺旋配合，螺母转动促使丝杠做直线运动，从而使机器人大小腿实现模仿人体运动。如中国科学技术大学研制的可穿戴型助力机器人采用电机驱动。

　　外骨骼技术的持续不断的发展和创新，使得动力驱动方式不断丰富和多样化，为用户更好的提供了更加高效和精准的支撑与运动控制方案，也为外骨骼应用的领域拓展和应用广泛性提供了新的机遇和挑战。比如，外骨骼能够最终靠放置电极或传感器探测病患的骨骼肌电信号，通过信号放大和运算，将信号转化为外骨骼执行机构的控制命令，实现人机交互和协作控制，提高外骨骼的精确度和适应性。再比如，外骨骼能够使用脑机接口技术，通过植入或贴附在头皮上的电极，探测脑皮质的神经信号，通过算法分析和解码，将神经信号转化为外骨骼的控制命令，实现人类思维与外骨骼的直接交互和协作，提高人体对于外骨骼的控制精度和感知体验。

　　总的来说，外骨骼使用的动力驱动方式涵盖了机械、电动、气动、磁场、神经、弹簧、内置AI算法、骨骼肌电和脑机接口等多种技术方法，未来外骨骼在医疗康复、军事装备、工业生产和日常生活等领域的应用将愈来愈普遍和普及。

　　人机协作可穿戴外骨骼机甲的电机选择需要仔细考虑以下因素：动力需求：根据外骨骼机甲的大小、重量和使用环境等因素，选择比较适合的电机类型和功率，以确保其具备足够的动力驱动机构运动。能效：电机的能效直接影响着机甲的续航能力和常规使用的寿命。一般来说，高效率、低功耗、长寿命的电机是最优选。控制精度：外骨骼机甲需要精准、稳定的控制，因此选择具有高精度控制管理系统的电机是关键，不仅能提高机甲的运动精度，还能提升操作体验。成本考虑：电机的成本也是选择的主要的因素之一。需要仔细考虑到机甲的实际用途和预算，考虑各方面因素选择正真适合的电机。

　　根据以上因素综合考虑，目前较为适合用于人机协作可穿戴外骨骼机甲的电机类型包括：无刷直流电机：功率高、能效好、噪音小等优点，但成本比较高；步进电机：精度高、控制精准、转速均匀稳定，但功率较小；直线电机：适合线性运动，速度快、精度高，但价格较高；细分步进电机：具备一定的精度和扭矩输出，较为经济实用。

　　需要注意的是，电机的选型应该要依据具体的应用场景和需求来做综合评估，选择可靠稳定、性价比高且适用的电机类型。除了以上提到的电机类型，还有一些其他需要考虑的因素：

　　扭矩：外骨骼机甲需要承受一定的负荷和重量，因此需要选择具有足够扭矩输出的电机；稳定性：外骨骼机甲需要具备稳定的运动体验，因此需要选择具有较为平稳的转速输出和高稳定性的电机。此外，电机输出的电流、电压等参数也需要满足具体的控制系统要求，以确保机甲的稳定运行；线性性：一些外骨骼机甲需要具备较为精准的线性运动，因此需要选择支持线性转换的电机；可靠性和耐用性：外骨骼机甲通常需要长时间运行，因此需要选择耐用性和可靠性都比较高的电机。此外，电机的结构和材料也需要考虑其抗震、防水、防尘等特性。

　　选择适合的电机是机甲设计中非常重要的一环。需要根据具体需求做综合评估，选择具有高效率、控制精准、稳定性好、扭矩输出大、耐用性高、价格实惠等优势的电机。

　　机械结构：外骨骼机甲的机械结构需要和电机相匹配。例如，使用线性电机时需要配合线性传动系统，使用角度传动电机时需要相应的减速箱和机械结构；控制系统：外骨骼机甲需要精细的控制系统，以实现多维度的运动要求，因此就需要配合相应的控制系统和软件。控制系统需要兼容各种电机类型并具有高精度的控制能力；

　　电源系统：外骨骼机甲需要大量的电能供应，因此要选择适合的电源系统。可以考虑使用锂电池等高能量密度的电池，也可以选择电池组和充电系统；人机交互和传感系统：为了实现更加兼容和友好的操作体验，外骨骼机甲还需要相应的人机交互和传感系统。可优先考虑使用传感器、计算机视觉等技术，以实现更智能化的控制。

　　总体来说，外骨骼机甲的电机选择需要与其他系统相互匹配，考虑每个方面因素，以实现最佳的机动性和稳定性。

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