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外骨骼結構設計案例分享

19年外骨骼結構設計

機械外骨骼或稱動力外骨骼(Powered exoskeleton)，是一種由鋼鐵的框架構成并且可讓人穿上的機器裝置，這個裝備可以提供額外能量來供四肢運動。別稱:強化服、動力服(Power Suit)、動力裝甲(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"。

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

"你可以想象一個像蜘蛛網(wǎng)一樣的東西緊緊的結合你的貼身褲子，"設計和建造這款機器護甲的研究小組負責人、美國哈佛大學維斯研究所機器人學研究學者康納·沃爾什(Conor Walsh)這樣說道。這套衣服并非第一款測試的機械外骨骼，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，但它們仍然是笨重的機器。

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

外骨骼機器人的發(fā)展與場景 外骨骼的定義最早其實來源于動物，即外部的骨骼，這些外部骨骼一般用于支撐和保護動物，與之相反的是人類這樣“內骨骼”的生物。因此，外骨骼機器人一般是指那些能夠保護自身，并增強人類能力的可穿戴機電設備，從單一的穿戴電子類產品，后續(xù)逐漸形成電子、機械、仿生的跨界融合，形成一項面向未來的獨特前沿技術，在應用領域上也發(fā)展衍生到包含那些能夠增強（幫助康復）殘疾人的可穿戴設備，主要用于幫助病人做步態(tài)康復訓練。因此目前從功能上，一般將外骨骼機器人分為增強型外骨骼和康復類外骨骼。 外骨骼機器人的想法可以追溯到1890年，當時一位叫尼古拉斯·亞根的俄羅斯人發(fā)明了一種用壓縮空氣包為動力的類外骨骼系統(tǒng)；1917年，美國發(fā)明家開發(fā)了一種以蒸汽為動力的外骨骼機器人；1960年，最早的外骨骼項目出現(xiàn)，其來源于美國軍方的增強型軍用裝甲，同期康奈爾大學的研究者也開始研究人體增強的概念，后續(xù)外骨骼機器人很快就開始研發(fā)，也造成了這個領域大部分能夠探明的問題迅速被探明。1970年，通用電氣設計的Hardman系統(tǒng)，包含了30多個關節(jié)，能舉起1500磅的重量，展示出了外骨骼技術的龐大可能性。