3D&System&打造&Ekso&Suit&外骨架结构装置，使下肢瘫痪人士能够自如行走
3D 打印机能够什么？打印模型、玩具、金属、机翼，甚至细胞等等，如果你经常浏览我们的网站，相信你还能说出一大堆 3D
打印的产品。是的，从目前的发展趋势来看，3D 打印在未来机会可以打印各种东西。
近日，世界最大的一家 3D 打印公司 3D System 联手&Ekso-Bionics 公司使用 3D
打印技术，打造一款名叫&&3D Ekso Suit 定制，帮助失去下肢活动能力人，从新站起来，自如行走。
在 12 年前，户外运动爱好者&Boxtel
在运动中遭受了严重的意外，从此，下肢便失去了运动能力。幸运的是，这两家公司为她卓身定做了一个&Ekso
Suit，不仅使&Boxtel 再次占了起来，还能轻松的散步于街头。
这款&Ekso Suit 系统结构是由 3D
打印机打印完成，从人体工程学原理出发，制造出完美支持人体背部、腿部的外部骨架结构。而且，所有的骨架都能够进行定制，以便适合每一个下肢瘫痪患者。此外，在&Ekso
Suit 的内部，还加入了一些先进的控制器和制动装置，为使用者提供必要的动力和帮助。
在进行这次行走实验前，他们对&Boxtel
的身体结构进行了三维扫描，以便能够确定她的大腿、胫骨和一些关键的关节的轮廓。这样做的目的，是能够让这款&Ekso Suit
能够舒适的贴合 Boxtel 独特的体型，避免长时间使用所带来的不适感。
近日，在匈牙利布达佩斯，Ekso Suit 在由奇点大学（Singularity
University）举办的活动上隆重亮相。Ekso Suit 赢得了很多掌声，但是，它离正式投入市场，还有一段很长的路要走。
如今，我们看到，3D
打印技术已经越来越多应用到了健康医疗领域，这种技术一旦成熟，会大大降低医疗器械的制作成本，而这些努力，最终将会永远的造福人类。
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。仿生下肢外骨骼机器人结构设计及可靠性分析--《电子科技大学》2015年硕士论文
仿生下肢外骨骼机器人结构设计及可靠性分析
【摘要】：仿生下肢外骨骼机器人是目前穿戴式设备中的热门研究对象,它是一种能够使人在负重的条件下长距离行走的人机一体化系统。它通过模拟人体下肢的骨骼结构、关节转动和肌肉运动对人体提供额外的动力,可以给穿戴者下肢起到支撑、保护和助力等作用。下肢外骨骼机器人由于是人体穿戴式设备,装置的拟人化是下肢外骨骼设计的主要问题。然而,下肢外骨骼在实际应用中由于机构的运动不确定性因素的存在,从而影响人体穿戴的安全性和舒适性,因此装置的运动精度可靠性分析是设计之后的可靠性分析问题。本文针对这两个问题,通过对人体下肢结构的分析、对拟人化下肢外骨骼的建模和设计优化以及利用机构可靠性理论分析其运动精度可靠性这三个方面进行阐述。本文的研究内容主要包括:(1)通过对人体下肢各体段的相关参数分析,利用Solid Works建立人体CAD模型,并应用ADAMS动力学软件对其进行动力学仿真,得到人体下肢的关节力矩,为下肢外骨骼的驱动器选型提供参考数据。同时,对人体下肢进行运动学分析与建模,并验证数学模型的正确性,将对下肢外骨骼的运动精度可靠性分析提供理论基础。(2)通过对人体下肢的相关参数和下肢外骨骼机器人的工作原理进行分析,形成初步的机构设计方法。为了减少下肢外骨骼的能源消耗,利用遗传算法,对下肢外骨骼的简化模型进行尺寸优化,并基于优化后的数据建立下肢外骨骼的物理模型,计算出液压缸行程数据,参考该数据及人体下肢关节力矩完成液压缸的选型。(3)通过参考机构运动精度可靠性理论,总结机构运动瞬时可靠性与时变可靠性的理论分析方法,并将时变情况下的蒙特卡罗仿真理论应用到下肢外骨骼的运动时变精度可靠性分析中,利用Simulink工具对其进行建模仿真,结合人体在随机路面上的关节角度误差变化,计算其时变可靠度。本文通过对下肢外骨骼结构分析、尺寸优化设计以及运动精度可靠性分析,以期获取一套下肢外骨骼的常规设计方法以及不确定性条件下保证运动精度可靠性的不确定性分析方法,为下肢外骨骼的工程实用化提供理论基础及技术支撑。
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：R319;TP242
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智能松下要卖外骨骼了，人类为什么需要这种奇怪的装备
让钢铁、尼龙和马达代替人类的肌肉。
外骨骼结构是一个相对小众的机器人市场。
但是随着越来越多的公司加入进来，最初的医疗和军事方面的应用已经拓展到日常应用场景，比如增加员工的生产效率，甚至是帮助老年员工延长工作时间。
松下为了让普通工人能够轻松地负重 15 公斤的重物到处移动，做了一个。在背部、大腿、小腿到脚部的区域里用碳纤维材料支撑，配合着可以由传感器唤醒的动力马达，可以轻松地帮人负重 15 公斤工作。
“我们希望未来 15 年之内，这种外骨骼结构，或者说机械外套，就可以广泛地应用在人们的生活之中。”松下新闻发言人 Mio Yamanaka 在接受，他们预计在快递、建造业和伐木这些劳动强度较大的行业，这项技术会有应用空间。
坦白地讲，松下并不是这些技术中做得最先进的。从外观上来看，它们设计的外骨骼结构可能会造成行动困难，并不一定是成熟的产品。但是他们尽快把这项技术拿出来销售，可以检验这项技术在市场中的应用空间。
传统的汽车公司，在依赖使用机械手臂减少人工操作的同时，也在为工人研发外骨骼支撑设备。德国的宝马汽车公司就已经和慕尼黑大学合作，给员工分发一种 3D 打印定制的手套，能够帮助大拇指完成重复性的生产动作。
奥迪汽车公司和著名的可穿戴设备制造商 Noonee 在测试一种能在下蹲过程中辅助腰部动作的机械护具，减少需要经常做蹲起动作的员工腰部受伤的可能。它被更形象地称为“随时随地可以坐下的椅子”。
这类外骨骼结构，很早就开始在医学和军事领域应用。早在 1997 年的时候，日本的 Cyberdyne 公司就已经将一种腿部支撑结构应用于日本一些医院中，帮助那些受伤的病人进行恢复。这种叫做 HAL（Hybrid Assistive Limb，综合下肢助力）的外骨骼结构，在 2011 年福岛海啸之后，也被。因为整套防辐射服重量达到 60 公斤，普通人无法穿戴这样的设备连续长时间工作，所以外骨骼支撑结构成了必要的辅助。
前一段时间最受关注的应该是美国国防部（Darpa）投资 290 万美元和哈佛大学实验室尝试开发的，或者你也可以理解为一条可以贴身穿着的运动紧身裤。
和其它外骨骼结构使用金属和强大机械马达不同，Wyss 学院这条运动裤只起到基本的支撑作用，目的是让中风患者或者其他肌肉力量低于正常人的人，可以更自然地行走和运动。支撑作用通过特殊的液体材料实现的，它能根据弯折程度改变弹力。
实际上，外骨骼结构最受争议的应用场景并不是在医疗领域。松下恰好踏进了这个雷区，在这个区域里人类和机器人因为外骨骼结构的存在，边界已经变得越来越模糊。
造船业发达的韩国，造船公司 Daewoo 正在使用松下设计的上肢支撑外骨骼 Kubota。它能够让造船工人提举 30－100 公斤的重物。韩国造船业向来以机械化程度高而闻名，这个机械臂又再让仅存的人工操作变得更像机器生产。
松下这次将要发布的新的外骨骼外套，是和松下的子公司 ActiveLink 一起开发的。这家公司还在开发一个更强劲的版本，一套完整的像钢铁侠一样的外骨骼结构，据说能够实现 100 公斤负重量。
在去年公布消息的时候，这套“更强劲”的外骨骼结构的售价被指定为左右。
从一种角度来看，这些机器结构让人类能够适应更紧张的工作环境，而从另一个角度来说，也是人类扮演了机器的中枢控制系统的角色。
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中国单兵外骨骼处于什么水平？同外国比仍有差距
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随着地面、反恐作战成为各大国作战的主要模式，单兵作战危险性居高不下的难题开始被科学家们以新的黑科技破解，这就是单兵外骨骼系统。虽然在这方面美军走的比较远，但我国也不甘示弱，奋起直追。近年来，一款由20
随着地面、反恐作战成为各大国作战的主要模式，单兵作战危险性居高不下的难题开始被科学家们以新的黑科技破解，这就是单兵外骨骼系统。虽然在这方面美军走的比较远，但我国也不甘示弱，奋起直追。近年来，一款由202所研制的国产单兵外骨骼系统引起了参会者眼球。
该单兵外骨骼系统公开的技术指标为：额定负重，35千克；额定搬运，50千克。在额定负重下单兵平均步速4.5千米/小时，可连续行走约20千米，与美国最新的单兵外骨骼相比略有差距。如美国洛马公司研发的HULC单兵外骨骼系统在负重90千克的情况下，可以4.8千米/小时的速度行走20千米。
外骨骼一词来源于昆虫和壳类生物的坚硬外壳，人体外骨骼是一种可穿戴在人体外部，融入了先进的控制、信息和通信技术的人机电系统，可以为穿戴者提供防护、支撑作用，并提供一定的辅助动力和融合式信息接收，大大增强人体自身能力，使单兵成为战场超人。
单兵外骨骼研发技术属人机结合工程，要求人体和外骨骼形成一个闭环系统，机器能感应到人的状态和运动，人能适应机器的作动。按照辅助人体的部位，单兵外骨骼系统可分为上肢外骨骼、下肢外骨骼、全身外骨骼和关节外骨骼，根据动力不同可分为电机驱动、液压驱动、气动驱动和被动辅助。
人类很早就有了发明外骨骼的想法，早在1890年，就有人设计出了一款装置辅助人行走。到 1970年，通用电气设计的Hardman系统，包含了30多个关节，能举起1500磅的重量。20世纪末期，随着电子技术、传感器技术和控制技术的飞速发展，外骨骼系统取得了历史性突破，雷声公司开发的XOS外骨骼系统，能帮助穿戴者轻易举起几百磅的物体数百次，这种系统由结构、传感器、执行器、控制器和高压液压系统组成。
加州大学伯克利分校的下肢外骨骼系统（BLEEX）是自行供电的外骨骼，能增强穿戴者的耐力和力量，组成包括两个假腿、一个电源、一个背包状框和动力机构。BLEEX可以让人蹲下、弯腰、上坡和走路，在灵活性上有了很大提升。
麻省理工大学的外骨骼系统能够支撑人背负更多载荷，其通过脚部和膝盖上的传感器测量力的大小和方向，然后通过一种控制方式将重量传导到地面，会减轻负重40千克时人感觉到压力的40%，但会对人的正常走路姿势有所影响。
日本是机器人发展最为迅速的国家，日本筑波大学研发的HAL外骨骼可以捕捉人类的生物压力信号（也就是你感觉重不重），通过一定的算法将该信号控制电机进行相应调整，HAL-3只有腿部骨骼，升级版的HAL-5具有全身骨骼，可为使用者提供约5倍于自身的搬运能力。
我国的外骨骼研究领跑者为哈尔滨工业大学，但他们研究的外骨骼主要是为辅助残疾人正常生活之用，而非单兵外骨骼，在医学领域享有盛誉。电子科技大学也迎头赶上，研发的基于电机驱动和液压驱动研究的助力型外骨骼可实现行走、转体和下蹲，并且引入了智能技术，在稳定性和可靠性上有很大提升。
一般的单兵外骨骼系统包含6大部件：仿形机械结构装置；智能感应装置；控制系统；通信计算系统；执行机构；能源系统。工作原理一般是系统通过在人体和外骨骼上的传感器感应人的运动信息、力学信息和生理信息。计算机处理各类信息通过预测和感知算法，感知人体姿态、运动趋势和人与外骨骼之间的耦合度，控制系统将这些参数转换为控制参数，令能源系统驱动执行机构作动，实现辅助作用。
研发单并外骨骼系统涉及的主要技术为仿生机械制造技术，即必须要穿戴在身上舒服、与人一起运动时不产生难受的感觉；人机接口技术，即必须能够准确了解人的运动趋势，该技术主要涉及数据融合、机器学习和智能预测。随动控制技术，即系统必须能按照人的意图动作，恰当给予助力。驱动机构技术，即必须满足效率高、能耗少、散热合理、安全性可靠的要求。能源技术，即发展一款长效、安全高能、可靠安全的能源系统支撑外骨骼。
总的来说，我国的外骨骼技术刚刚起步，与外国还有些差距，但只要奋起直追，相信很快就能看到我军官兵穿戴上它在战场上一跃三丈、健步如飞，如武林大侠一样作战，惊呆敌人。
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