军队发展外骨骼机器人必要性外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算,为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。他是指套在人体外面的机器人，也称“可穿戴的机器人”。人体外骨骼助力机器人起源于美国1966年的哈德曼助力机器人的设想及研发，到今天整体仍处于研发阶段，能源供给装置以及高度符合人体动作敏捷及准确程度要求的控制系统和力的传递装置都有待大力投入研发和试验尝试。他是是一种模仿人体结构特点设计的外穿型机械骨骼，内部配备有液压传动装置和可像关节一样弯曲的结构设计，不但能够直立行进，还可完成下蹲和匍匐等多种相对复杂的动作。他把重量通过电池驱动的金属骨骼转移到地面上。先进的便携式微型计算机可以使得这种外骨骼与人的运动保持协调一致。他成倍的增加人类
的体能。
一必要性1：不堪重负的士兵
这是美军陆军的标准装备。
注意，这只是标准装备，事实上，执行具体任务时，负重远比这多。例如机枪手要携重得多的m249轻机枪，和大量的机枪弹。还有士兵要背负沉重的火箭筒，甚至野战
时携带睡袋等装备。这都是沉重的负担。许多士兵已经换上各种疾病。例如颈椎病，。极大地体力消耗和精神压力困扰绝大多数士兵。而外骨骼可以是这一切轻松解决。
他可以使士兵轻松背负七八十公斤的中午而没有疲劳之感，外骨骼承担了负重的任务。健康问题极大得到了解决。
二必要性2：超级战士
以美军HULC为例，HULC动力源为两块总重量3.6千克的锂聚合物电池。在一次充满电后，HULC可保证穿着者以4.8公里/小时的速度背负90千克重物持续行进一个小时。而穿着HULC的冲刺速度则可达到16公里/小时。士兵配备他以后，就可以负载重型防弹衣长途跋涉而不觉疲惫，而防弹衣对士兵生命尤为重要，他可给士兵全方位。有重点的防护，真正做到刀枪不入。而且士兵再也不会为永远不足的弹药发愁了。几十公斤的负重可以保证足够的弹药，甚至可以携带迫击炮等较强的火力。在遭到围攻时，极大的奔跑速度让敌人望尘莫及。这是真正的超级战士。
现在，建设高效的军队成为世界主流，这要求用尽可能少的士兵去执行更多的任务，完全使用机器人在现阶段不现实，而外骨骼正好填补了这个缺口。美国的HULC1已经接近实用化。
现在战争更多集中在反恐领域，这就使大规模战争成为历史。特种部队被更多使用。他们执行的大多是高危高风险的任务。队员素质要求高，一般从侦察部队和空降部队中挑选体格健壮、机智勇敢、文化程度高、具有献身精神和有一定作战经验的人员。执行渗透，侦查，抓获，斩首等价值极高的任务。他们抵达战区必须隐蔽，往往经过丛林等荒无人烟的地带，装备外骨骼后，他们抵达战区仍然精力旺盛，成功率提高。充足的是保持战斗力的关键。
对于炮弹装填手，意义非凡。他们可以毫不费力的举起几十公斤的炮弹，而不会得腰肌劳损。迫击炮手可以更灵活的移动。一名士兵
可以身兼数职。这对后勤是个不小的支持。外骨骼的佩戴者能够承受两到三名士兵的工作量。也就是说，使用外骨骼允许对军方人员进行重新调配，执行更具战略意义的任。
三发展前景：各国均已展开此类研究。
日本科技公司“赛百达因”(Cyberdyne)研制的HAL-5是一款半机器人，拥有自我拓展和改进功能。它装有主动控制系统，肌肉通过运动神经元获取来自大脑的神经信号，进而移动肌与骨骼系统。HAL （混合辅助肢体的英文缩写）可以探测到皮肤表面非常微弱的信号。动力装置根据接收的信号控制肌肉运动。
HAL-5是一款可以穿在身上的机器人，高1600毫米，重23公斤，利用充电电池(交流电100V)驱动，工作时间可达到近2小时40分钟。HAL-5可以帮助佩戴者完成站立、步行、攀爬、抓握、举重物等动作，日常生活中的一切活动几乎都可以借助HAL-5完成。HAL-5装有混合控制系统，无论是室内还是户外均。
据俄罗斯陆军指南2011年6月30日报道，洛克希德·马丁公司研制的加固型HULC人体负重外骨骼目前正在美国陆军纳蒂克士兵研究、发展和工程中心进行生物力学测试，本次测试将有助于规划出基于士兵反馈意见的外骨骼发展需求。有不错表现
，据美国《陆军公认》2011年10月19日报道，在法国巴黎举行的2011年国际军警保安器材展（MILIPOL）上，法国某防务公司展
出了其与法国武器装备总署联合研制的名为“大力神” （HERCULE）的协同可穿戴式外骨骼，旨在使穿戴者能够轻松携带重物。。
从此处看出，外骨骼机器人确实迎合了军事发展潮流，将会获得极大发展。
五：展望：
外骨骼技术在民用方面也得到了很好的发展。日本筑波大学已经研制出世界上第一种商业外骨骼机器人，也可以说是混合辅助腿。这种装置能帮助残疾人以每小时4公里的速度行走，毫不费力地爬楼。就是说每个残疾人都可能借助这相机是站起来。
郑州领航机器人有限公司 工业机器人发展史 工业机器人最早产生于美国，从发展上来看，大至可以分为三代：第一代机器人，也称作示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的机械。它通过示教存储程序和信息，工作时再将信息重现，并发出指令，这样机器人就可以重复示教时的结果，再现出示教时的动作。例如：汽车的点焊机器人，只要把点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道。因此，示教再现型机器人也就存在着很多的缺陷。为解决上述问题，在 20 世纪 70 年代后期，人们开始第二代机器人的研究。 第二代机器人，也称作带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是模拟人某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比。有了各种各样的感觉，那么在机器人进行实际工作时，它可以通过感觉功能去感知环境与自身的状况，也形成了机器人本身与环境的协调。尤其是 20 世纪 60 年代末，传感器技术得到了飞速的发展与成熟，这就为带感觉机器人发展和应用带来了契机。在此基础上，第二代机器人的发展与成熟也为第三代机器人的发展打下了基础。 第三代机器人，也是我们机器人学中所追求的一个理想的最高级阶段，叫智能机器人。从理论上来说，智能机器人是一种带有思维能
力的机器人，能根据给定的任务去自主的设定完成工作的流程，并不需要人在实现其过程中进行干预。由于受到技术和其它方面的约束，智能机器人目前的发展还是相对的，只是局部的符合这种智能的概念和含义，真正完整意义的这种智能机器人实际上并不存在。 在工业机器人的发展过程中有以下一些里程碑，它们在机器人的发展史上具有重大的意义： 1959 年德沃尔与美国发明家约瑟夫.英格伯格联手制造出第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂—Unimation 公司。 1962 年美国 AMF 公司生产出“VERSTRAN”(万能搬运 )，与unimation 公司生产的 Unimate 一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人的研究热潮。 1962 一 1963 年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器上安装各种各样的传感器，包括 1961 年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼 1962 年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡 1963 年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在 1965 年帮助 MIT 推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。 1965 年约翰.霍普金斯大学应用物理实验室研制出 Beast 机器人。 Beast 已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20 世纪 60 年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第
机器人与智能装备产业是高度集成微电子、通信、计算机、人工智能、控制和图像处理等学科最新科研和产业成果的前沿高新技术产业，是拟建的江苏省(常州)工业技术研究院的服务的产业核心和研发的产业立足点。直接影响生活最优化和智能化的机器人技术是机器人与智能装备产业的技术核心，推进着未来机器人与智能装备领域的科技创新力和产业竞争力。 机器人技术是一种是以自动化技术和计算机技术为主体、有机融合各种现代信息技术的系统集成和应用。经过半个多世纪的发展，机器人技术在工业生产领域得到了广泛的应用，极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。作为高技术领域中重要的前沿技术之一，机器人技术具有前瞻性、先导性的特点，对学术研究、产业升级、培养创新意识、保障国家安全、引领未来经济社会的发展有着十分重要的作用。 目前，相关领域的技术突破，从根本上为提升机器人技术的学术研究提供了必要的支持，为机器人的应用范围拓宽了道路，已涵盖国防、航空航天、工业生产、服务、老人康复、教育甚至普通家庭生活，一场新的机器人技术研究高潮和发展契机业已到来。 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。 目前，国际上机器人市场大概有80亿至100亿，其中工业机器人占的比重最大。2025年，整个机器人市场将达到500亿，服务机器人从原来的300多万台增加到1200多万台，特种机器人(如：排爆机器人、医疗机器人等)的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的BigDog 军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。 在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展最为成熟。同时，技术的不断进步一直在牵引着机器人学科的发展，使机器人的应用领域从工业机器人扩展到特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作，还将在车站、机场、码头、交通路口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户，为老人端茶送水，护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会，人类对机器人的依赖会如同现时对待计算机一样，即使是短时间的离开都可能会造成很大不便。 机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术，针对先进制造业生产效率提高的诸多瓶颈问题，尤其是在汽车产业中，机器人得到了广泛的应用。如在毛坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、装配、检测及仓库堆垛等作业中，机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制造业是所有行业中人均拥有机器人密度最高的
1.1.工业机器人发展史 1.1.1.1959-1978 机器人技术发展阶段 1956年，美国发明家乔治? 德沃尔（George Devol）和 物理学家约瑟?英格柏格 （Joe Engelberger）成立了 一家名为Unimation的公 司。公司名字来自于两个单 词“Universal”和 “Animation”的缩写。 1959年，乔治·德沃尔和约 瑟·英格柏格发明了世界上 第一台工业机器人，命名为 Unimate（尤尼梅特），意思 是“万能自动”。英格伯格负 责设计机器人的“手”、“脚”、 “身体”，即机器人的机械部 分和完成操作部分；由德沃 尔设计机器人的“头脑”、“神 经系统”、“肌肉系统”，即机 器人的控制装置和驱动装 置。Unimate重达两吨，通 过磁鼓上的一个程序来控 制。它采用液压执行机构驱 动，基座上有一个大机械臂， 大臂可绕轴在基座上转动， 大臂上又伸出一个小机械 臂，它相对大臂可以伸出或 缩回。小臂顶有一个腕子， 可绕小臂转动，进行俯仰和 侧摇。腕子前头是手，即操 作器。这个机器人的功能和 人手臂功能相似。Unimate 的精确率达1/10000英寸。
1971年，日本机器人协会（Japanese Robot Association）成立。这是世界上第一个国家机器人协会。日本机器人协会最初是一个非官方的自发组织，以开展工业机器人座谈会的形式成立。1972年，工业机器人座谈会改名为日本工业机器人协会（Japan Industrial Robot Association ，JIRA），1973年正式注册成立。1994年改为现名――日本机器人协会（Japanese Robot Association，JARA）。日本工业机器人协会更名为日本机器人协会，是因为机器人领域的重大进展导致了对机器人需求的多样化，机器人由制造业扩展到非制造业，例如，核电站、医疗服务及福利事业，民用工程及建筑业以及海洋事业等方面。1974年，第一台弧焊机器人在日本投入运行。日本川崎Array 重工公司将用于制造川崎摩托车框架的Unimate点焊机器人改造成弧焊机器人。同年，川崎还开发了世界上首款带精密插入控制功能的机器人，命名为“Hi-T-Hand”，该机器人还具备触摸和力学感应功能。这款机器人手腕灵活并带有力反馈控制系统，因此它可以插入一个约 10微米间隙的机械零件。
工业机器人的发展与未来 通过8周时间对机器人课程的学习，让我对机器人有了一个清晰和正确的认识。随着世界科技的不断的发展，机器人将在未来世界中起到推动整个社会的快速前行。 一．机器人（Robot） 是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。 能力评价标准 机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。 组成 机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。 执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为 机器人高科技产物(19张)关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。 驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气动等驱动装置。 检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。 控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。 二．人类与机器人 随着社会的不断发展，各行各业的分工越来越明细，尤其是在现代化的大产业中，有的人每天就只管拧一批产品的同一个部位上的一个螺母，有的人整天就是接一个线头，就像电影《摩登时代》中演示的那样，人们感到自己在不断异化，各种职业病逐渐产生，于是人们强烈希望用某种机器代替自己工作，因此人们研制出了机器人，用以代替人们去完成那些单调、枯燥或是危险的工作。由于机器人的问世，使一部分工人失去了原来的工作，于是有人对机器人产生了敌意。“机器人上岗，人将下岗。”不仅在我国，即使在一些发达国家如美国，
机器人产业发展现状 机器人与智能装备产业是高度集成微电子、通信、计算机、人工智能、控制和图像处理等学科最新科研和产业成果的前沿高新技术产业，是拟建的江苏省（常州）工业技术研究院的服务的产业核心和研发的产业立足点。直接影响生活最优化和智能化的机器人技术是机器人与智能装备产业的技术核心，推进着未来机器人与智能装备领域的科技创新力和产业竞争力。 机器人技术是一种是以自动化技术和计算机技术为主体、有机融合各种现代信息技术的系统集成和应用。经过半个多世纪的发展，机器人技术在工业生产领域得到了广泛的应用，极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。作为高技术领域中重要的前沿技术之一，机器人技术具有前瞻性、先导性的特点，对学术研究、产业升级、培养创新意识、保障国家安全、引领未来经济社会的发展有着十分重要的作用。目前，相关领域的技术突破，从根本上为提升机器人技术的学术研究提供了必要的支持，为机器人的应用范围拓宽了道路，已涵盖国防、航空航天、工业生产、服务、老人康复、教育甚至普通家庭生活，一场新的机器人技术研究高潮和发展契机业已到来。 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术，充满机遇和挑战。目前，国际上机器人市场大概有80亿至100亿，其中工业机器人占的比重最大。2025年，整个机器人市场将达到500亿，服务机器人从原来的300多万台增加到1200多万台，特种机器人（如：排爆机器人、医疗机器人等）的呼声也越来越高。另外，微软等IT企业，丰田、奔驰等汽车公司，甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向，代表着国际上机器人领域的最高科技水平。目前，日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外，还注重中间件的研制。然而，近年来日本基本上在做模仿性的工作，突破性技术比较少。而美国在机器人领域的技术开发方面，一直保持着世界领先地位。再有，美国主要做高附加值的产业，比如军用机器人，目前世界销售的9000台军用机器人之中，有60%来自美国。比如：美国最近研制成功的Big Dog军用机器人，能负重100公斤，行进速度跟人相当，每小时达到五公里，还能适应各种地形，即使是在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。
第二十一届“冯如杯”学生课外学术科技作品竞赛项目论文 外骨骼机器人设计、控制机理研究 院（系）名称自动化科学与电气工程学院 专业名称自动化 学生姓名刘旭郑博文徐健伟 学号刘旭38030410 郑博文38030423 徐健伟38030518 指导教师刘正华副教授 2011年4月1日
摘要 外骨骼，类似某些动物的外壳，是一种能穿在人身上,提供额外的动力的机械装备，能够实现行动障碍人士的康复训练以及负重行走等功能。它主要分为三个部分：机械部分，软件部分，电气部分。其中机械部分的主要作用是承担负重，保证系统能实现运动的功能；软件部分主要用于整个系统的数据采集、控制信号的发出；电气部分主要用于给系统供电、完成信号采集、发送和运动的功能。我们设计制作了一种外骨骼机器人。本文针对此项作品主要介绍了当前外骨骼机器人的研究现状和本作品的制作背景，阐述了一种负重型外骨骼机器人的设计过程及相关结构。本文是对“外骨骼机器人设计、控制机理研究”作品的比较全面的介绍。 关键词外骨骼，机器人，PID控制，电机控制，虚拟样机 Abstract Exoskeletons, like the shells of some sorts of animals, are a kind of mechanical equipment that can help the disabled to learn to move normally and provide the users with extra strength to bear more than he can actually do walking or running. In general, it can be divided into three parts, mechanical part, software part and electrical t part. Among these, the mechanical part is used to bear the weight, the software part is to get state data and send out control signal and the electrical part is to power the system, pick signal and move. We have already made a sort of this, and with regard to it, this article is mainly about the previous studying condition and the background of this work. In addition, the procedure of our designing and working with the kind of exoskeletons is specifically described. This article is a comprehensive introduction to our work …The design of a sort of exoskeletons and study of how to control it?. Abstract Exoskeletons, Robort , PID Control, Motor control, Virtual prototype
外骨骼助力机器人研究现状与关键技术 分析 王庆江 深圳第二高级技工学校广东深圳 518000 摘要：运用比较传统的运载方法以及在工具受到多方面因素的制约，在比较复杂的地形条件之下，传统运载工具不能够很好的工作，而外骨骼助力机器人有效地解决了这个问题，是一个非常明显的突破。因此，在当前世界各地，外骨骼助力机器人的研究有着非常好的前景。本文从不同方面分析外骨骼助力机器人的发展状况，主要分析了外骨骼助力机器人所涉及到的关键技术，并且作出深入的研究。 关键词：外骨骼助力机器人；研究现状；关键技术外骨骼助力机器人是一种全新的现代化装置，这种机器人融合多种信息,控制系统传感系统集于一身,并且为穿戴人员控制好功能和任务。外骨骼助力机器人是一种前沿技术装备，受到多方的关注并且取得了突出的效果。在我国，外骨骼助力机器人研究借鉴先进技术，并且不断地创新，主要研究外骨骼助力机器人在我国国内的发展现状以及其关键技术分析。 1.在国内外，外骨骼助力机器人的研究现状分析 随着时代的进步以及科技的不断发展，最新型的材料和技术充分应用在外骨骼助力机器人的发明上，促使外骨骼助
力机器人得到很好的发展。在一些发达国家，对外骨骼助力机器人进行改良，并且不断创新，经过努力，在我国国内对于外骨骼助力机器人的发明和创新也取得了很明显的成效。下面将归纳分析目前为止国内外外骨骼助力机器人的研究状况。 1.1国外对于外骨骼助力机器人的研究状况分析 表1 国外对于外骨骼助力机器人的研究表 1.2我国国内对于外骨骼助力机器人的研究状况分析 表2 国内对于外骨骼助力机器人的研究表 2.外骨骼助力机器人关键技术分析 2.1驱动技术 2.1.1液压驱动 通过运用液压驱动能够在很大程度上帮助外骨骼助力
天津市机器人产业发展 三年行动方案（2018-2020年） 机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备，代表着未来智能装备的发展方向。推进机器人的应用和发展，对于改善劳动条件，提高产品质量和劳动生产率，带动相关学科发展和技术创新能力提升，促进产业结构调整、发展方式转变和工业转型升级具有重要意义。为贯彻落实好《中国制造2025》将机器人作为重点发展领域的总体部署，推进我国机器人产业快速健康可持续发展，特制定本行动方案，期限为2018-2020年。 一、发展现状 按国际机器人联合会（IFR）描述，机器人是自动执行工作的机器装置，包括控制、感知、执行三大模块，缺一不可。机器人分为工业机器人、服务机器人和特种机器人。工业机器人服务于工业生产过程，如焊接机器人、打磨机器人、装配机器人等；服务机器人服务个人或家庭，如助老助残机器人、康复机器人、清洁机器人、护理机器人、教育娱乐机器人；特种机器人服务于特殊环境，如核工业机器人、反恐机器人、军用机器人、救援机器人、医疗机器人。 机器人产业链包括核心零部件生产、机器人本体制造、系统集成以及行业应用四大环节。其中，核心零部件又包括
减速器、控制器、驱动器、伺服电机和传感器。 机器人作为现代工业发展的重要基础，已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。同时，随着机器人需求快速增长，机器人产业发展也成为科技研发和经济增长的新亮点。 （一）我国机器人产业发展情况 由于机器人涉及学科门类较多，是现代科学综合水平体现，所以机器人是衡量国家创新能力和产业竞争力的重要标志之一。同时，机器人作为智能装备制造代表，大力发展有助于推动整个国家制造业提质增效，促进国家整体装备制造业产业升级，为经济发展注入强劲动力。我国大力发展机器人产业的意义重大。一是机器人技术的创新应用有利于推动我国智能产业的兴起；二是机器人产业应用促进我国工业制造业从人力密集型向自动化生产转型，提高生产效率，降低人口红利对产业发展的影响；三是机器人产业能够有效弥补我国逐步淘汰的高能耗、高污染产业带来的财政冲击。 在国家一系列政策的引导和支持下，我国机器人得到了一定发展。根据国际工业机器人联合会（IFR）的数据显示，2016年，全球工业机器人销量达到25.9万台，同比增长4.4%，增长速度有所放缓。其中，中国市场机器人年销量达到8.5万台，同比增长23.5%，占全球总销量的32.8%。2017年我国工业机器人产量首次突破10万台。预计到2019年，全球机器人销量将达到41.4万台，中国市场机器人销量可达28.5万台。全球制造业机器人密度（每万名工人使用工业机器人
下肢外骨骼机器人研究现状及发展趋势 外骨骼机器人是可以穿戴在人身体外部的人机一体化机械结构，它与穿戴者一起行走，为其提供助力和保护。详述了下肢外骨骼机器人在各领域的应用，并分别列举各领域的应用实例，分析了下肢外骨骼机器人在设计过程中要解决的关键技术，介绍了外骨骼机器人几种不同的驱动方式，并进行对比分析其优缺点，对下肢外骨骼机器人技术的发展趋势进行预测。 标签：下肢外骨骼；机器人；可穿戴 Abstract：Exoskeleton robot is a human-machine integrated mechanical structure which can be worn on the outside of the human body. It walks with the wearer to provide assistance and protection. The applications of the lower limb exoskeleton robot in various fields are described in detail，and the key technologies in the design of the lower limb exoskeleton robot are analyzed. This paper introduces several different driving modes of exoskeleton robot，analyzes their advantages and disadvantages，and forecasts the development trend of lower limb exoskeleton robot technology. Keywords：lower limb exoskeleton；robot；wearable 引言 在自然界中，外骨骼是一种能够保护和支撑生物柔软內部器官的外部结构，比如螃蟹、蜗牛、昆虫等生物的甲壳。由此，科学们提出了外骨骼机器人的概念-用于保护穿戴者并为其提供额外的动力。比如家庭用辅助型外骨骼机器人可协助年老体弱者正常行走；医用康复外骨骼机器人可使残疾人像正常人那样重新站立起来；军用负重式外骨骼可使士兵在携带负载的情况下依旧健步如飞。由此可见，外骨骼机器人既有研究价值，也有很高的实用价值，已成为国内外科学家们研究的一个重点方向，其发展前景十分广阔[1]。 1 下肢外骨骼机器人研究现状 随着科学技术的发展，比如在仿生学技术、智能控制技术、传感器技术和材料技术等相关领域的突破，外骨骼机器人技术的研究也取得了很大的进步[2]。下面简要介绍下肢外骨骼机器人的研究现状。 外骨骼机器人主要分为三大类。第一类是助力型外骨骼机器人，主要面向健康人群，提高人的负载能力，用于军事领域，可增强士兵负重能力。这方面比较成功的是洛克希德·马丁公司研制出的HULC型外骨骼机器人[3]（如图1 所示）。它总质量约为32kg，主要通过电池提供能量，蓄电池在充满电之后可使士兵在负载90kg并以16km/h的速度行驶的情况下行走一个半小时。其特点
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全力满足教学需求，真实规划教学环节 最新全面教学资源，打造完美教学模式 外骨骼机器人研究发展综述 李罗川
摘要 外骨骼机器人又称可穿戴机器人，是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的机器人。外骨骼机器人融合了传感、控制、驱动、信息融合、移动计算等综合技术为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构。本文介绍了外骨骼机器人的发展历史以及国内外研究现状，对外骨骼机器人的关键技术：机械结构设计，驱动单元，控制策略进行了研究，分析了其技术难点最后对其发展前景进行了说明。 关键词：外骨骼机器人关键技术
引言 (5) 1.发展历史及现状 (6) 1.1国外发展历史现状 (6) 1.2国内发展历史现状 (9) 2.关键技术分析 (11) 2.1外骨骼机器人的结构设计 (11) 2.2外骨骼机器人驱动单元 (12) 2.3外骨骼机器人的控制策略 (12) 3.外骨骼机器人技术难点分析 (15) 4.前景展望 (17) 4.1 外骨骼机器人的研究方向 (17) 4.2外骨骼机器人技术的应用 (17)
现代机器人所具有的机械动力装置使得机器人可以轻易地完成很多艰苦的任务，比如举起、搬运沉重的负载等。虽然现代机器人控制技术有了长足的发展，还远达不到人的智力水平，包括决策能力和对环境的感知能力。与此同时，人类所具有的智能是任何生物和机械装置所无法比拟的，人所能完成的任务不受人的智能的约束，而仅受人的体能的限制。因此，将人的智能与机器人所具有的强大的机械能量结合起来，综合为一个系统，将会带来前所未有的变化，这便是外骨骼机器人的设计思想。外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人，穿戴在操作者的身体外部，为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能，同时又融合了传感、控制、驱动、信息融合等机器人技术，使得外骨骼能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。本文通过介绍外骨骼机器人的发展历史及研究现状进一步分析了外骨骼机器人的关键技术，并对其技术难点以及发展前景作了说明，以期在全面认识外骨骼机器人基础上对其开展进一步深入研究。
课题名称：工业机器人发展史和现状 摘要：我国的工业机器人研制虽然起步晚，但是有着广大的市场潜力，有着众多的人才和资源基础。在十一五规划纲要等国家政策的鼓励支持下，在市场经济和国际竞争愈 演愈烈的未来，我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人，并且将工业机器 人推广应用到制造与非制造等广大的行业中，提高我国劳动力成本，提高我国企业 的生产效率和国际竞争力，从整体上提高我国社会生产的安全高效，为实现伟大祖 国的复兴贡献力量。 关键字：工业机器人；日本；日本工业机器人协会；制造；十一五纲要； 引言：生产力在不断进步，推动着科技的进步与革新，以建立更加合理的生产关系。自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步。时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并已经成为时代的主旋律。人类充分发挥主观能动性，进一步增强对机械的利用效率，使之为我们创造出愈加巨大的生产力，并在一定程度上维护了社会的和谐。工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。 一、工业机器人的现状： 工业机器人在全世界的分布及发展，我们先看两幅图表 UNECE估计，2004年全球至少安装了10万台新的工业机器人。其中：欧盟31 100台(比2003年增加15％，但比2001年的记录仅增加1％)；北美16 100台(比2003年增加27％，比2000年的记录高24％)；亚洲51 400台，主要在日本，但中国市场增长迅速(比2003年增长24％)。
外骨骼机器人研究发展综述 李罗川
摘要 外骨骼机器人又称可穿戴机器人，是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的机器人。外骨骼机器人融合了传感、控制、驱动、信息融合、移动计算等综合技术为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构。本文介绍了外骨骼机器人的发展历史以及国内外研究现状，对外骨骼机器人的关键技术：机械结构设计，驱动单元，控制策略进行了研究，分析了其技术难点最后对其发展前景进行了说明。 关键词：外骨骼机器人关键技术
目录 引言 (4) 1.发展历史及现状 (5) 1.1国外发展历史现状 (5) 1.2国内发展历史现状 (9) 2.关键技术分析 ...................................................................................................................... 1..1 . 2.1外骨骼机器人的结构设计..................................................................................... 1..1... 2.2外骨骼机器人驱动单元.......................................................................................... 1..2... 2.3外骨骼机器人的控制策略..................................................................................... 1.. 3... 3............................................................................................................ 外骨骼机器人技术难点分析................................................................................................................. 1..6... 4............................................................................................................ 前景展望 ........................................................................................................................................................ 1..8 . 4.1外骨骼机器人的研究方向..................................................................................... 1..8... 4.2外骨骼机器人技术的应用 .................................................................................. 1...8..
工业机器人发展现状及趋势 1国内工业机器人得发展现状 1、1发展概述 我国得工业机器人研究开始于20世纪80年代中期．在国家得支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关．已经基本实现了实验、引进到自主开发得转变。促进了我国制造业、勘探等行业得发展。但随着我国门户得逐渐开放．国内得工业机器人产业面临着越来越大得竞争与冲击。虽然我国机器人得需求量逐年增加，但目前生产得机器人还很难达到所要求得质量．很多机器人得关键部件还需要进口。所以目前来说。我国还处在一个机器人消费型得同家。 现在，我国从事机器人研发得单位有200多家，专业从事机器人产业开发得企业有50家以上。在众多专家得建议与规划下，“七五”期间由机电部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所与大学参加，国家投入相当资金，进行了工业机器人基础技术、基础元器件、工业机器人整机及应用工程得开发研究。“九五”期间，在国家“863”高技术计划项目得支持下，沈阳新松机器人自动化股份有限公司、哈尔滨博实自动化设备有限责任公司、上海机电一体化工程公司、北京机械工业自动化所、四川绵阳思维焊接自动化设备有限公司等确立为智能机器人主题产业基地。此外，还有上海富安工厂自动化公司、哈尔滨焊接研究所、国家机械局机械研究院及北京机电研究所、首钢莫托曼公司、安川北科公司、奇瑞汽车股份有限公司等都以其研发生产得特色机器人或应用工程项目而活跃在当今我国工业机器人市场上。 1、2机器人分类 随着科学技术得不断进步，我国工业机器人已经走上了自主研发阶段，这样标志着我国工业自动化走向了新得里程碑按照工业机器人得关键技术发展过程其可分为三代：第一代就是示教再现机器人，主要由机器人本体、运动控制器与示教盒组成，操作过程比较简单。第一代机器人使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息。当机器人自动运行时，由运动控制器解析并执行存储得示教程序，使机器人实现预定动作。这类机器人通常采用点到点运动，连续轨迹再现得控制方法，可以完成直线与圆弧得连续轨迹运动，然而复杂曲线得运动则由多段圆弧与直线组合而成。由于操作得容易性、可视性强，所以在当前工业中应用最多。
外骨骼技术研制始于1960 年代的美国，最早的研究成果是美国通用公司研发的Hardiman 外骨骼系统，其主要采用电机驱动控制，可以轻易举起重物。 1978 年，美国麻省理工学院研究出“被动式外骨骼助力机器人”。MIT的外骨骼下肢助力机器人能够在负载36公斤的情况下行走1m/s，其中80%的负重被传递到地面上。它的关节自由度配置包括髋关节有3 个自由度，膝关节 1 个自由度。穿戴者与机器人在肩膀、腕关节、大腿和脚部连接，机器人总重量是11.7Kg。驱动方式不采用电力驱动，只利用弹簧储能和变阻尼器驱动关节驱动。髋关节伸/屈运动时，伸运动时弹簧释放能量，屈运动时弹簧储存能量，膝关节利用磁流变阻尼器，踝关节利用碳纤维弹簧缓冲脚后跟对地面的冲力。传感器系统是由安装在外骨骼下肢助力机器人外壳的应变桥式应变片传感器和安装在膝关
节的电位计组成。 2004年，伯克利分校研制出的下肢外骨骼机器人BLEEX是DARPA项目的第一台带移动电源和能够负重的下肢外骨骼机器人。BLEEX由--个用于负重的背包式外架、两条动力驱动的仿生金属腿及相应动力设备组成，使用背包中的液压传动系统和箱式微型空速传感仪作为液压泵的能量来源，以全面增强人体机能。BLEEX的每条腿具有7个自由度(髋关节3个，膝关节1个，踝关节3个)，在该装置中总共有40多个传感器以及液压驱动器，它们组成了一个类似人类神经系统的局域网。BLEEX的负重量能达至75kg，并以0．9m／s的速度行走，在没有负重的情况下，能以1．3m／s的速度行走。
目前，洛克希德·马丁公司和伯克利分校共同研制了新一代外骨骼机器人HULC 。这款新型外骨骼继承了BLEEX 的优点，对一些液压传动装置和结构进行了优化设计，不但能够直立行进，还可完成下蹲和匍匐等多种相对复杂的动作，穿上HULC 后能够明显降低人体对氧气的消耗量。在一次充满电后，HULC 可保证穿着者以4．8km ／h 的速度背负90kg 重物持续行进一个小时。而穿着HULC 的冲刺速度则可达到16km ／h 。HULC 穿戴起来也非常方便，士兵只需将腿伸进靴子下方的足床，然后用皮带绑住腿部、腰部以及肩部即可，完全脱下需30秒的时间。
一、全球机器人行业现状 (一)全球机器人行业现状 1、行业发展：增长态势延续 (1)预计2017年全球工业机器人销售量25万台 从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。 2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达万台。2012年全球工业机器人销量为万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。 随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，我们估计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率%. (2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿 2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。 估计2013年至2017年，包含本体和集成在内的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。 (3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿 根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。 预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。 2、全球机器人行业布局：日欧产业优势明显，中国市场潜力巨大 (1)工业机器人市场销量与存量 全球工业机器人本体市场以中欧美日为主。日、美、德、韩、中五国存量占全球比例达%，销量达%。 截至2012年底，全球机器人累计销量达到247万台。机器人平均使用寿命为12年，最长15年。估计现在全球机器人存量在120万台-150万台之间。 分区域看，亚洲/澳洲增幅达到9%。亚洲增幅主要由中国需求拉动，因为中国2012年工业机器人销量增幅达到30%。 分生产地和消费地看，日本是唯一的工业机器人净出口国，拥有全球最大的机器人产能，占据全球机器人产量的66%。机器人消费地最大的区域是除日本以外的亚洲地区，占比约34%，而且是以中国市场为主。 (2)全球工业机器人与机床行业销量的对比 工业机器人销量占机床销量比反映各国机器人使用情况。这个比例的上升在
机器人产业现状与发展思考
机器人学国家重点实验室 中国科学院沈阳自动化研究所
2015.03.31 · 福州
目录
I、国内外机器人产业现状 II 智能制造的核心装备 II、智能制造的核心装备 III、新一代工业机器人思考
国际产业现状：450亿美元/年
? IFR-2013，全球数据
– 工业机器人销量17.9万台，总市场价值1800亿人民币，预计 2014年增长12%（2000亿RMB） – 专业服务机器人销量2.1万台；预计2014-17年，总销量约13 万台、价值约190亿美元（300亿RMB/年） - 个人及家庭服务机器人销量 约 约400万台，17亿美元； 万台， 亿美元； 2014-17年销量3100万台（ 200亿RMB/年）
国际产业现状：工业机器人
? 行业特点：汽车/汽车零部件制造业、电子行业需求最大
– 其次是 其次是：化工、橡胶及塑料工业，金属制品业（包括机械加工），以 化工 橡胶及塑料工业 金属制品业（包括机械加工） 以 及食品和饮料工业。
? 工业机器人的传统应用领域没有明显突破
? 中国工业机器人发展的空间和机会？
国际产业现状：专业服务机器人
? 2012年共销售1.6万套专业服务机器人，比2011年增长 2%；销售额约34.2亿美元，比2011年增长1%。 销售额约 亿美元 比 年增长
? 国防应用约为6200套、占40%，其中无人飞行器（UAV）增长最 快，达到5453套，增长8%； ? 其它移动机器人（fieldrobots）到达5300套，占专业服务机器 人的25%； 疗机器人1308套，比2011年增长20%；平均单价150万美元， 套， 年增长 ；平 单价 万美元， ? 医疗机器人 最昂贵的机器人； ? 物流行业应用1376套，同比增长11%，达到1.96亿美元； ? 其它有一定应用规模的有：建筑及破拆、专业清洁、检测与维护、 搜索救援安保 水下；其中水下机器人为第二昂贵机器人，约 机器人 约 搜索救援安保、水下；其中水下机器人为 100万美元1套。
柔性机器人行业：机器感知助弯道超车 柔性制造机器人行业发展分析 本期投资提示： ●传统工业机器人受困无法掌握核心零部件技术发展缓慢。由于国产机器人起步较晚、研发 投入成本高、订单分散无法标准化，国内企业目前普遍研发动力不高，大都集中于系统集 成领域，毛利率与ROE偏低，市占率仅为20%左右。 ●机器感知结合柔性机器人取得突破性进展，应用医疗/工业两大领域。我们将柔性机器人 分为仿生机器人和工业机器人两类，前者更适用于医疗，后者更倾向于工业。柔性机器人 拥有高灵活性（自由度多）、可变形性、能量吸收等优点。柔性机器人的三大要素为机器 感知、机器行动和人机交互。随着机器视觉的发展，材质、驱动原理和机器视觉三者更好 地结合帮助柔性机器人拥有更大的应用范围。 ●手术机器人是柔性机器人最直接落地领域，中性估计空间可达75.35亿/每年。手术机器人 的核心技术对应了柔性机器人的三要素，随着基础零部件技术的成熟，未来医疗机器人的 发展将更侧重于机器视觉和感知。考虑潜在购买方需求数量以及适应症市场规模两方面因 素，中性估算国内手术机器人规模75.35亿/每年。 ●视觉柔性机器人是物流、仓储等新兴行业自动化必不可缺的组成部分。柔性工业机器人不 仅可以保持原有机器人的功能，更可以拥有更多的灵活度。柔性机械手经历几代的发展已 日渐成熟。仓库自动化、物流无人化等非标环境将成为更主要的应用领域，行业增速将超 30%。 ●相关标的：1）TMT推荐海康威视（工业视觉领军者，前端产品扩展为广义视觉技术，后端 产品扩展为广义存储技术，应用在工业制造所有分支，对标Keyence等工业AI巨头）、为 制造提供产品服务的新北洋（金融/零售方案成熟，新零售为蓝海）、久其软件（工业数据 重要进展）、宝信软件（工业机器人和无人化仓库）、上海钢联，建议关注：汉得信息、金 蝶国际等。2）机械建议关注：机器人（国内工业机器人龙头，中科院创建，已研发出以7 轴协作机器人、双臂机器人、复合型机器人为代表的新型机器人）、拓斯达（工业机器人后 起之秀，拥有强有力销售营销渠道）、黄河旋风（并购明匠智能拓展业务，智能制造成为主 要业绩增长点）、克来机电（国内工业机器人集成优质生产商）。