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機械外骨骼行業應用方向與技術發展方向研究分析
2015/9/16 8:32:26 來源:中國產業發展研究網 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【打印】【關閉】
核心提示: 目前人類使用的機械外骨骼系統主要應用在兩大方面:軍事和醫療,未來在工業領域也能發揮一定的作用 軍事應用方面 各國競相研究,軍事應用率先發力各國競相研目前人類使用的機械外骨骼系統主要應用在兩大方面:軍事和醫療,未來在工業領域也能發揮一定的作用
軍事應用方面
各國競相研究,軍事應用率先發力各國競相研究,打造軍事強國是機械骨骼發展的源動力,因此呈現出各國競相研究的行業態勢,可以預見軍事應用將率先突破。
美國,俄羅斯、法國等國多年來潛心研制軍事用骨骼系統,近年來其中較著名的有美國的“TALOS”項目、俄羅斯的“勇士-21”和法國的“大力神
機械骨骼軍用價值在于軍需物資搬運、強化士兵體能訓練保證士兵長途行軍之后的戰斗力,將一個普通的戰士武裝成單兵作戰能力超強的“超級步兵”。此類機械骨骼自身具有能源供應裝臵,而且集成了大量的作戰武器系統和現代化的通訊系統,傳感系統以及生命維持系統。
目前,軍火商洛克希德馬丁公司為了測試下一代HULC外臵骨骼,使用一次的時間可長達72小時,已經同美國陸軍簽訂了110萬美元(約745萬人民幣)的合同。
醫療應用方面
軍用轉民,醫療應市場空間巨大在醫療方面,步態訓練是下肢功能障礙康復訓練的主要方式,機械骨骼可以應用在神經康復領域的特定訓練中,能夠保證高效的康復訓練,因此非常適合老年人和殘疾人使用。
以脊髓損傷為例,每年直接治療成本達400億美元。根據美國脊柱病協會統計,2013年全美有560萬癱瘓病人,中風引起(29%)、脊髓損傷引起(23%)、多發性硬化癥引起(17%)、腦癱引起(7%)、小兒麻痹癥引起(5%)等。以脊髓損傷為例,27.3萬為脊髓損傷引起的全癱病人(15%為退伍軍人,享受相關福利),每年新增病例1.2萬,每年脊髓損傷直接治療成本達400億美元。未來中風和腦癱患者也是潛在市場,僅整個美國市場規模高達500億美元,發展空間不可限量。工業應用目前還處于探索階段工業應用目前還處于探索階段工業應用目前還處于探索階段工業應用目前還處于探索階段工業應用目前還處于探索階段工業應用目前還處于探索階段工業應用目前還處于探索階段工業應用目前還處于探索階段
工業應用方面
工業應用主要面向工程施工、緊急救助(疾病、事故、災害、突發事件)、生產制造、搬運輸送、危險工作(如核電站操作維護、航天空間站、深水作業)等。
其中,工業生產領域機械骨骼主要有兩方面用途:一是可以幫助生產線上的工人減輕重復勞作的壓力;二是可用做手臂重物支撐,可以替代小型叉車。洛克希德馬丁公司目前在研究開發一種適用工業的新型機械骨骼,它通過抽吸穿過金屬框架的加熱液壓液體,從而擴大了人體的肢體力量,能夠舉起搬運更大重量的物體。同時EKSO也在工業環節布局,尤其是在重型機械操作上,可有效的保護操作人員。
目前還沒有正在面向工業的機械骨骼。僅有的幾次應用是:(1)2011年普吉特海灣海軍造船廠一次高難度測試,工人身著全身外骨骼系統(HULC)托舉電動砂輪機進行船體打磨,海軍部隨后發布了測試結果:打磨時間僅為常規耗時的1/3、打磨質量改善、一名患有纖維肌痛的工人輕松完成任務;(2)HAL被用于福島核電站救助現場。
機械骨骼技術成果
機械骨骼技術目前成果只是取得初步進展,尚未形成可以切實應用的大規模產業,未來研究的方向主要集中在五個方面:(1)人造肌肉纖維:人造肌肉纖維可 以利用電壓變化使人造纖維收縮或伸張來產生力量,從而取代目前通用的液壓驅動系統。(2)控制系統:相較于基于網絡技術的遠程控制系統僅僅停留在簡單的動作 示教層面或者只能對機器人關節或者末端執行器進行單個或者少數幾個自由度的孤立控制這一明顯缺點,系統內控制是未來發展的必然趨勢。(3)機械結構設計:在 滿足行走需要的基本條件外,還必須考慮安全性、兼容性、舒適性。(4)能量源:補給能量之前,機械骨骼具有的能量必須足以支持24小時亟需解決。(5)促動: 設計者必須使機器能夠順暢移動,以便穿用者不會太笨拙,與發動機一樣,促動器也必須安靜而高效。
機械骨骼的發展與相關技術的突破密不可分,早期主要體現在傳感技術、材料技術和控制技術的進步。90年代中期體現在力反饋技術和觸覺反饋技術的廣泛應用。進入21世紀后,能源技術、微驅動技術、材料科學、信息技術的發展,機械骨骼也逐步向實用化方向發展。
機械骨骼技術的重中之重——傳感器
傳感器是機械骨骼中最重要的核心零部件。通過傳感器來收集使用者的活動信息,這些信息傳遞給信息處理器進行處理,然后啟動相應的機械部件來輸出能量。
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