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外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例分享

19年外骨骼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械外骨骼或稱動(dòng)力外骨骼(Powered exoskeleton)，是一種由鋼鐵的框架構(gòu)成并且可讓人穿上的機(jī)器裝置，這個(gè)裝備可以提供額外能量來供四肢運(yùn)動(dòng)。別稱:強(qiáng)化服、動(dòng)力服(Power Suit)、動(dòng)力裝甲(Power armor或Powered armor)、Exoframe、Hardsuit或Exosuit等。憑借這套"服裝"，人類就可以成為所謂的"鐵人"。

動(dòng)力外骨骼更傾向于軍用，除了能夠增強(qiáng)人體能力的這一基本功能外，還要具有良好的防護(hù)性、對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性以及輔助火力、通信、偵查支持等軍用功能。 動(dòng)力服是設(shè)計(jì)成用來保護(hù)穿戴者的，例如為了保護(hù)士兵或建筑工而設(shè)計(jì)，或設(shè)計(jì)用來進(jìn)行救援身處險(xiǎn)境的人員上。廣泛一些的用途則是用來做為義肢與幫助老弱者行動(dòng)。其它的用途則是用來進(jìn)行救援行動(dòng)，就像在一棟要倒塌的建筑物里，這個(gè)裝置可以提供給工人很大的力量來舉起重物，同時(shí)保護(hù)它不被落下的碎石砸傷。在日本，有銀行為需常搬運(yùn)沉重鈔票及硬幣的員工配備外骨骼，以降低身體負(fù)擔(dān)。 科幻作品中也有眾多作品將動(dòng)力服拿來發(fā)揮，例如《星艦戰(zhàn)將》中機(jī)動(dòng)步兵的動(dòng)力服;《鋼鐵俠》中的動(dòng)力服;《浩劫殺陣》系列、《輻射》系列、《戰(zhàn)錘40000》《warframe》或《星海爭(zhēng)霸》中的太空陸戰(zhàn)隊(duì)身穿的動(dòng)力裝甲等等。

"你可以想象一個(gè)像蜘蛛網(wǎng)一樣的東西緊緊的結(jié)合你的貼身褲子，"設(shè)計(jì)和建造這款機(jī)器護(hù)甲的研究小組負(fù)責(zé)人、美國(guó)哈佛大學(xué)維斯研究所機(jī)器人學(xué)研究學(xué)者康納·沃爾什(Conor Walsh)這樣說道。這套衣服并非第一款測(cè)試的機(jī)械外骨骼，盡管它可能是目前為止最舒服的。類似這種帶有堅(jiān)硬的金屬和塑料外套的外骨骼已經(jīng)用于幫助癱瘓人群擺脫輪椅，但它們?nèi)匀皇潜恐氐臋C(jī)器。

在現(xiàn)實(shí)生活中，普通人每小時(shí)只能以約24公里的速度前進(jìn)，世界紀(jì)錄保持者Usain Bolt的最快速度為每秒12.3米。與其他動(dòng)物相比，人類這樣的速度很是尷尬，雖然動(dòng)物們大多數(shù)都是四腿走路，但人類想要借助自身行動(dòng)更快的夢(mèng)想從未因此而停歇。在歷史里，人們已經(jīng)找到了不止一種提高行進(jìn)速度的方法，但是，目前看來，僅使用人力即可簡(jiǎn)單推動(dòng)使用的只有自行車。但是，無數(shù)電影導(dǎo)演和科幻迷們告訴我們，其實(shí)可能還有另一種方式，那就是外骨骼機(jī)器人，外骨骼機(jī)器人一直是科幻電影中人類自身能駕馭力量的極限。

外骨骼機(jī)器人的發(fā)展與場(chǎng)景 外骨骼的定義最早其實(shí)來源于動(dòng)物，即外部的骨骼，這些外部骨骼一般用于支撐和保護(hù)動(dòng)物，與之相反的是人類這樣“內(nèi)骨骼”的生物。因此，外骨骼機(jī)器人一般是指那些能夠保護(hù)自身，并增強(qiáng)人類能力的可穿戴機(jī)電設(shè)備，從單一的穿戴電子類產(chǎn)品，后續(xù)逐漸形成電子、機(jī)械、仿生的跨界融合，形成一項(xiàng)面向未來的獨(dú)特前沿技術(shù)，在應(yīng)用領(lǐng)域上也發(fā)展衍生到包含那些能夠增強(qiáng)（幫助康復(fù)）殘疾人的可穿戴設(shè)備，主要用于幫助病人做步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練。因此目前從功能上，一般將外骨骼機(jī)器人分為增強(qiáng)型外骨骼和康復(fù)類外骨骼。 外骨骼機(jī)器人的想法可以追溯到1890年，當(dāng)時(shí)一位叫尼古拉斯·亞根的俄羅斯人發(fā)明了一種用壓縮空氣包為動(dòng)力的類外骨骼系統(tǒng)；1917年，美國(guó)發(fā)明家開發(fā)了一種以蒸汽為動(dòng)力的外骨骼機(jī)器人；1960年，最早的外骨骼項(xiàng)目出現(xiàn)，其來源于美國(guó)軍方的增強(qiáng)型軍用裝甲，同期康奈爾大學(xué)的研究者也開始研究人體增強(qiáng)的概念，后續(xù)外骨骼機(jī)器人很快就開始研發(fā)，也造成了這個(gè)領(lǐng)域大部分能夠探明的問題迅速被探明。1970年，通用電氣設(shè)計(jì)的Hardman系統(tǒng)，包含了30多個(gè)關(guān)節(jié)，能舉起1500磅的重量，展示出了外骨骼技術(shù)的龐大可能性。