骨骼服是一种辅助人承受负载,有效增强人的负重能力,并帮助人们在各种地形条件下行走,结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的一种人机结合的机器人。文章介绍了海军航空工程学院开发的能量辅助骨骼服(NAEIES)的系统组成及工作原理。NAEIES采用上肢控制下肢的原理,通过测量上肢的运动信息,控制下肢膝关节的运动,而下肢髋关节的运动则通过气弹簧来巧妙地实现,良好的实现了骨骼服在承载的同时,跟踪人的行走步态。..
本文设计了一个简单的骨骼服原型机，它由两个电机驱动两个膝关节，通过气弹簧巧妙地实现了承载和髋关节的转动。
系统组成
骨骼服的总体结构如图l所示，其主要部件包括：控制器、角度传感器、锂电池、驱动器、编码器以及电机。辅助机械部件有气弹簧、铝型材支架、背包等。其巾，控制器为一个笔记本电脑，安装在铝型材支架上的一个包内，可以随时拆卸。背包支架由铝型材制成，除了可以安装控制器外，还可以承载背包及负载。并且在支架下面，臀部后面安装电机驱动器及电池(锂电池组)。在支架两侧还安装有两个角度传感器，通过绑带和连杆与前臂相连．用于测量前臂的旋转角度。髓关节处不加驱动，但是具有两个自由度：屈伸和外翻及内展。膝关节处安装一个电动机，用于驱动膝关节旋转。大腿及小腿均由铝型材制成。在支架后部及小腿中部之间安装一个气弹簧，气弹簧的作用将在第三部分阐述。
踝关节处不加驱动，但是也具有3个旋转自由度：屈伸、外翻及内展和旋转。骨骼服采用上肢控制下肢的原理，其工作原理如图2所示。当操作者行走时，操作者前臂带动角度传感器旋转，角度传感器电压发生变化，电机驱动器采集到这个信号，并通过RS232串行总线将这个信号传送到控制器巾，控制器通过控制算法。输出信号控制膝关节电机旋转。本文介绍了能量辅助骨骼服NAEIEs原型机的设计原理，目前可以达到的负重能力为15 kg，锂电池组可供系统工作2 h。系统中虽然仅在膝关节处使用了两个电机，但是通过巧妙的气弹簧的应用，不仅解决了负荷支撑问题，而且实现了髋关节的运动使得骨骼服在承受负荷的同时能良好的跟踪人的步态。
