國(guó)產(chǎn)“外骨骼”，讓你分分鐘變身自主“鋼鐵俠”

　　專家聊裝備

　　近日，中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)西北機(jī)電工程研究所研制的“穿戴式外骨骼助力機(jī)器人”對(duì)外發(fā)布第二代樣機(jī)，其功能和性能指標(biāo)已接近或達(dá)到國(guó)際同類裝備的技術(shù)水平。

　　最新照片顯示，第二代外骨骼系統(tǒng)更加輕量化，好似穿在人體上的“鋼鐵戰(zhàn)衣”，使用該系統(tǒng)可大幅提高人體的負(fù)重能力，緩解身體疲累，降低骨骼肌肉受傷幾率，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形環(huán)境、隨機(jī)性任務(wù)時(shí)具有較好的靈活性。

　　“除了負(fù)重搬運(yùn)，還可進(jìn)行山地負(fù)重?cái)y行和高原巡邏。”西北機(jī)電工程研究所特種裝備研究室副主任、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人莫新民表示，外骨骼機(jī)器人是為滿足高原、山地、城市等復(fù)雜地形環(huán)境條件下，戰(zhàn)士執(zhí)行各種作戰(zhàn)或后勤任務(wù)對(duì)體能增強(qiáng)的迫切需求而研發(fā)的單人操作的智能仿生軍民兩用多功能攜行助力系統(tǒng)。“其結(jié)構(gòu)部件并聯(lián)在人體肢體外側(cè)，與人體關(guān)節(jié)并行運(yùn)動(dòng)，將人體的大部分外負(fù)載重量傳遞到地面，控制系統(tǒng)的智能和主動(dòng)性能對(duì)人體關(guān)節(jié)適時(shí)助力。”

　　新發(fā)布的第二代外骨骼系統(tǒng)自重24kg，行進(jìn)速度每小時(shí)4—4.8公里，單人穿戴時(shí)長(zhǎng)約2分鐘，旁人輔助穿戴40秒，脫卸30秒并可折疊運(yùn)輸，適應(yīng)1.6m—1.9m的身高范圍，額定負(fù)重50kg，可連續(xù)工作4小時(shí)。“相比第一代外骨骼系統(tǒng)自重減輕30%，背架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集成一體化設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)伺服跟蹤延遲時(shí)間縮短了50%；動(dòng)力電池具備SMBus管理功能；整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)得到優(yōu)化，姿態(tài)測(cè)量維度從一維提升到三維，使系統(tǒng)的逆動(dòng)力學(xué)解算精度提高了25%。”莫新民介紹道。

　　本次發(fā)布的外骨骼助力機(jī)器人系統(tǒng)是該研究所獨(dú)立自主研發(fā)的第一代系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，樣機(jī)關(guān)鍵技術(shù)均立足團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，掌握全部核心關(guān)鍵技術(shù)并擁有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其功能和技術(shù)指標(biāo)已基本達(dá)到美國(guó)洛克希德?馬丁公司發(fā)布的人體負(fù)重支撐系統(tǒng)(HULC)的相關(guān)指標(biāo)。西北機(jī)電工程研究所于2013年組建了外骨骼機(jī)器人科研團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)五年的多輪設(shè)計(jì)迭代及優(yōu)化，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)解決了人機(jī)耦合系統(tǒng)面臨的高動(dòng)態(tài)性、特異性與不確定性難題，取得了人機(jī)協(xié)同智能傳感控制技術(shù)、人體運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性承載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)和輕小高效液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)等一系列核心關(guān)鍵技術(shù)的突破。“如果不突破這些核心關(guān)鍵技術(shù)，外骨骼機(jī)器人就動(dòng)不了、動(dòng)不好，更別說(shuō)實(shí)現(xiàn)為士兵助力等多種功能。此外，進(jìn)口元器件的國(guó)產(chǎn)化和技術(shù)成熟度增加也使成本大幅下降。”莫新民表示。

　　世界范圍內(nèi)，外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)激烈。以美國(guó)、俄羅斯和法國(guó)等科技發(fā)達(dá)國(guó)家為代表的外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)和項(xiàng)目主要有，美國(guó)洛克希德?馬丁公司的HULC系統(tǒng)、美國(guó)特種作戰(zhàn)司令部的“戰(zhàn)術(shù)突擊輕型作戰(zhàn)服”項(xiàng)目和俄羅斯國(guó)防部第三中央研究所的“勇士-21”系統(tǒng)等。外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)有剛性、柔性、主動(dòng)、被動(dòng)四類，但部分外骨骼系統(tǒng)以“剛?cè)狁詈稀被颉爸鞅粍?dòng)復(fù)合”等復(fù)合技術(shù)形態(tài)展現(xiàn)。“根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景需求和技術(shù)特點(diǎn)，復(fù)合技術(shù)形態(tài)應(yīng)該是外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展方向。”莫新民說(shuō)。

　　第二代外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的軍民應(yīng)用前景均十分廣闊。軍用方面，一是作為單兵作戰(zhàn)平臺(tái)，與無(wú)人系統(tǒng)高度融合后形成強(qiáng)大靈活的作戰(zhàn)能力，可能深刻改變現(xiàn)有作戰(zhàn)模式；二是作為支援保障類裝備，增強(qiáng)士兵的負(fù)重與機(jī)動(dòng)能力，協(xié)助完成高原山地環(huán)境軍用物資運(yùn)輸、野外彈藥補(bǔ)給、戰(zhàn)場(chǎng)救援、抗震搶險(xiǎn)救災(zāi)、狹小空間物資搬運(yùn)等高負(fù)荷高強(qiáng)度任務(wù)，可大幅提高士兵對(duì)缺氧環(huán)境的耐受力；三是通過(guò)專項(xiàng)設(shè)計(jì)拓展應(yīng)用于核工業(yè)全封閉穿戴式輻射防護(hù)服、航天員太空助力等領(lǐng)域。

　　民用方面，針對(duì)需求進(jìn)行適應(yīng)性設(shè)計(jì)并應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，如高層消防、抗震搶險(xiǎn)救災(zāi)、物流業(yè)等，還可幫助老年人和殘疾人實(shí)現(xiàn)自主行走。“改進(jìn)型外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)已進(jìn)行相關(guān)野外試驗(yàn)驗(yàn)證，不過(guò)投入實(shí)用還有距離，將在成本、可靠性、可維修性、耐環(huán)境性四個(gè)方面進(jìn)行一系列優(yōu)化和提升并盡快開(kāi)展小批量試用。”莫新民說(shuō)。本報(bào)記者 唐芳