兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (S1): 262-270.doi: 10.12382/bgxb.2024.0508
李仲1, 管小荣1,2,*(), 李回滨1, 何龙1,2, 龙亿2,3
收稿日期:
2024-06-27
上线日期:
2024-11-06
通讯作者:
LI Zhong1, GUAN Xiaorong1,2,*(), LI Huibin1, HE Long1,2, LONG Yi2,3
Received:
2024-06-27
Online:
2024-11-06
摘要:
有源刚性下肢助力外骨骼系统是一种穿戴在人身体上的伴随式智能装备,单兵穿戴者通过它能提高人体负载与机动能力。从有源刚性下肢助力外骨骼的国内外研究现状出发,概述了当前助力增强型有源刚性下肢外骨骼的发展现状,并围绕国内外已有研究的进展,对影响下肢助力外骨骼发展的传感感知、机械构型与驱动、控制技术等核心关键技术进行了分析与总结,特别考虑了外骨骼在应对士兵这类特殊群体时的技术难点,为有源刚性下肢助力外骨骼在单兵装备的发展上提供一定的参考价值。
中图分类号:
李仲, 管小荣, 李回滨, 何龙, 龙亿. 有源刚性下肢助力外骨骼研究现状与关键技术分析[J]. 兵工学报, 2024, 45(S1): 262-270.
LI Zhong, GUAN Xiaorong, LI Huibin, HE Long, LONG Yi. Research Status and Key Technology Analysis of Active Rigid Lower Limb Assisted Exoskeleton[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(S1): 262-270.
外骨骼 | 自由度 | 驱动自由度 | 驱动方式 | 参考来源 |
---|---|---|---|---|
BLEEX | HF-HA-HR-KF-AF-AA-AR | HF-HA-KF-AF | 液压 | 文献[ |
XOS-2 | — | — | 液压 | 文献[ |
ONYX | — | KF | 电机 | 文献[ |
HAL-5-B | HF-KF-AF | HF-KF | 电机 | 文献[ |
HEXAR | HF-HA-HR-KF-AF-AA-AR | HF-KF | 电机 | 文献[ |
HUMA | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-KF | 电机 | 文献[ |
BE | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-HA-HR-KF-AF-AA | 电机 | 文献[ |
LB-AXO | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-KF | 电机 | 文献[ |
WPAL | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-KF | 电机 | 文献[ |
华东理工 | HF-HA-HA-HR-KF-AF-AA | KF | 液压 | 文献[ |
HIT-LEX | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-HA-KF | 电机 | 文献[ |
APAL | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-KF | 液压 | 文献[ |
中科大 | HF-HA-KF-AF | HF-HA-KF | 电机 | 文献[ |
BES-PRO | — | HF-KF | 电机 | 文献[ |
表1 有源刚性下肢助力外骨骼构型、驱动对比
Table 1 Configuration and driving comparison of active rigid lower limb assisted exoskeletons
外骨骼 | 自由度 | 驱动自由度 | 驱动方式 | 参考来源 |
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BLEEX | HF-HA-HR-KF-AF-AA-AR | HF-HA-KF-AF | 液压 | 文献[ |
XOS-2 | — | — | 液压 | 文献[ |
ONYX | — | KF | 电机 | 文献[ |
HAL-5-B | HF-KF-AF | HF-KF | 电机 | 文献[ |
HEXAR | HF-HA-HR-KF-AF-AA-AR | HF-KF | 电机 | 文献[ |
HUMA | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-KF | 电机 | 文献[ |
BE | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-HA-HR-KF-AF-AA | 电机 | 文献[ |
LB-AXO | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-KF | 电机 | 文献[ |
WPAL | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-KF | 电机 | 文献[ |
华东理工 | HF-HA-HA-HR-KF-AF-AA | KF | 液压 | 文献[ |
HIT-LEX | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-HA-KF | 电机 | 文献[ |
APAL | HF-HA-HR-KF-AF-AA | HF-KF | 液压 | 文献[ |
中科大 | HF-HA-KF-AF | HF-HA-KF | 电机 | 文献[ |
BES-PRO | — | HF-KF | 电机 | 文献[ |
方法 | 预编程 | 直接力 反馈 | 地面力 反馈 | 零力矩点 控制法 | 肌电信号 控制法 | 操作者 控制 | 主从控制 | 灵敏度 放大 | 虚拟力 控制 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
适应不同操作者 | 2 | 3 | 2 | 1 | 1 | 5 | 1 | 1 | 5 |
执行不同动作 | 1 | 5 | 5 | 5 | 2 | 1 | 5 | 3 | 5 |
控制器稳定性 | 2 | 5 | 2 | 5 | 1 | 1 | 5 | 1 | 3 |
人机工程学 | 5 | 2 | 4 | 2 | 5 | 5 | 2 | 4 | 4 |
非强加于人 | 5 | 2 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 | 5 | 5 |
研发速度 | 4 | 2 | 3 | 3 | 1 | 4 | 2 | 3 | 5 |
测人传感器少 | 5 | 2 | 3 | 1 | 1 | 3 | 2 | 1 | 5 |
测外骨骼传感器少 | 4 | 3 | 1 | 1 | 3 | 3 | 4 | 1 | 1 |
硬件复杂性低 | 5 | 2 | 2 | 3 | 5 | 5 | 1 | 2 | 4 |
计算需求量低 | 3 | 3 | 1 | 4 | 2 | 5 | 4 | 5 | 2 |
表2 外骨骼控制方法评价[50]
Table 2 Evaluation of exoskeleton control methods
方法 | 预编程 | 直接力 反馈 | 地面力 反馈 | 零力矩点 控制法 | 肌电信号 控制法 | 操作者 控制 | 主从控制 | 灵敏度 放大 | 虚拟力 控制 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
适应不同操作者 | 2 | 3 | 2 | 1 | 1 | 5 | 1 | 1 | 5 |
执行不同动作 | 1 | 5 | 5 | 5 | 2 | 1 | 5 | 3 | 5 |
控制器稳定性 | 2 | 5 | 2 | 5 | 1 | 1 | 5 | 1 | 3 |
人机工程学 | 5 | 2 | 4 | 2 | 5 | 5 | 2 | 4 | 4 |
非强加于人 | 5 | 2 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 | 5 | 5 |
研发速度 | 4 | 2 | 3 | 3 | 1 | 4 | 2 | 3 | 5 |
测人传感器少 | 5 | 2 | 3 | 1 | 1 | 3 | 2 | 1 | 5 |
测外骨骼传感器少 | 4 | 3 | 1 | 1 | 3 | 3 | 4 | 1 | 1 |
硬件复杂性低 | 5 | 2 | 2 | 3 | 5 | 5 | 1 | 2 | 4 |
计算需求量低 | 3 | 3 | 1 | 4 | 2 | 5 | 4 | 5 | 2 |
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