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骨骼機(jī)器人
摘要：一個(gè)可穿戴式骨骼康復(fù)機(jī)器人，方便靈巧，他是一種可以協(xié)助技術(shù)工人新概念產(chǎn)品。斯基爾機(jī)器人是由伺服機(jī)制的觸覺設(shè)備（觸覺或滑動傳感器/顯示器）構(gòu)成的，所以它可以按照人的行為運(yùn)動。外骨骼機(jī)器人可以為在危險(xiǎn)環(huán)境中工作的人提供合適空間或技術(shù)，在海上該項(xiàng)目建立了一個(gè)原型模型的可穿戴式機(jī)器人，其中包括一個(gè)上身組件，一對武器及手套。
一 介紹
一個(gè)艙外活動（伊娃）的機(jī)器人，航天飛機(jī)進(jìn)行一些重要太空計(jì)劃的任務(wù)時(shí)機(jī)器人對整個(gè)經(jīng)過都是很有效的，對于那些正在開發(fā)或?qū)嶒?yàn)的伊娃機(jī)器人為今后的伊娃任務(wù)。而在未來一些伊娃機(jī)器人的任務(wù)將增加，有存在宇航員不可避免的任務(wù)的。
宇航員在危險(xiǎn)的環(huán)境中需要宇航服保護(hù)自己，如真空，超低溫度，微流星等等，因?yàn)椋臻g訴訟是在1 /3的大氣壓力，西服面料通過空間的張力會變得僵硬。而且，厚織物抑制宇航員從遙感對象處理。主要的問題是所造成的太空服。
（一）手和肩膀的疲勞。（二）缺失手指。（三）限制范圍的定義。
研究和發(fā)展的首要問題，特別是手指，手掌，指關(guān)節(jié)的疲勞（CP），已為助力手套。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些發(fā)展助力手套可以減少指關(guān)節(jié)力矩，但這些發(fā)展并沒有處理在指尖的力矩，這是必要的技術(shù)工作。
為了解決這些問題，作者提出了一個(gè)新的概念，“社會伙伴”，熟練工人穿戴外骨骼機(jī)。斯基爾伴侶概念不僅是宇航員，然而在危險(xiǎn)環(huán)境中的熟練工人也可以。在本文中，斯基爾隊(duì)友的概念及其應(yīng)用介紹，然后原型開發(fā)的太空服概述。
二 功能伙伴
技術(shù)伙伴是一個(gè)當(dāng)人體穿著它可以移動的機(jī)器或設(shè)備總稱。并且它是一個(gè)被動的器材，具有在人類知識的操作系統(tǒng)自動智能響應(yīng)。技術(shù)伙伴的功能如下。
（1）由佩戴外骨骼機(jī)器人如果他在危險(xiǎn)的環(huán)境中要完成不可避免的工作專家。通常，工作的人在危險(xiǎn)的環(huán)境需要保護(hù)的措施，例如，空間適合在軌道或干燥的衣服。而且，這些衣服限制人的運(yùn)動和增加疲勞。斯基爾搭檔使人減少肌肉拉傷而為他工作。
（2）外骨骼結(jié)構(gòu)包圍的人的身體，人們可以沒有任何限制的運(yùn)動，或者是從事自己的工作。此外，觸覺受體或傳感器應(yīng)安裝在人機(jī)接口的位置上，主要目的是為提高工作效率。因此，當(dāng)穿上它時(shí)看起來就像一個(gè)擬人機(jī)器人。
（3）它是一種伴隨響應(yīng)的運(yùn)動。它必須足夠快的響應(yīng)工人沒有穿技巧伴侶或感覺附滋擾的行動，支持他的技能好像他是最理想的情況下為他工作。而且，作為一個(gè)可選的功能，它是一個(gè)外骨骼殼防止工人受到危險(xiǎn)。工人在危險(xiǎn)的環(huán)境將得到好處就像是隊(duì)友的保護(hù)殼。斯基爾伴侶可能是的工人工作在在高水壓條件環(huán)境下不可避免的工作服，暴露低溫輻射。保護(hù)殼很厚會使人體運(yùn)動緩慢，像一個(gè)很厚的套裝，動力伴侶會彌補(bǔ)它的質(zhì)量，慣性和剛度的伺服系統(tǒng)。穿著技巧伴侶是感覺沒有穿衣服或沒有工作適合所有。
三 斯基爾搭檔伊娃
十一月1997，日本宇航員土井博士上了“哥倫比亞”航天飛機(jī)。戴太空服裝出艙活動，他（伊娃）2倍。第一個(gè)活動是捕獲的手柄斯巴達(dá)的衛(wèi)星。二是擺放和康復(fù)機(jī)器人相機(jī)和伊娃總活動時(shí)間超過12小時(shí)。（圖1）
圖 1 伊娃（日本宇航員土井博士）日本宇宙開發(fā)事業(yè)團(tuán)的照片
作者討論了土井博士使用伊娃的經(jīng)驗(yàn)。穿宇航服的問題如下：[ 11
（1）手部疲勞：太空服手套因?yàn)榧訅鹤兊媒┯玻? /3的氣氛和宇航員需要更多的手指力量克服剛度。伊娃的任務(wù)包括更頻繁把握運(yùn)動，例如，抓扶手移動自己，把握手工具。他還提到主要拇指，食指及中手指被用來抓運(yùn)動。
（2）手指是一個(gè)困難、復(fù)雜和敏感的任務(wù)：太空服手套指尖部位覆蓋有橡膠和這并沒有界面滑移。他執(zhí)行這類任務(wù)主要由他的視力不是他的意義上的手指。
（3）限制的動作：空間有一個(gè)軸承套關(guān)節(jié)的肩膀和肩膀的運(yùn)動是沒有如果沿軸承關(guān)節(jié)，肩肌肉疲勞。如果有兩只軸承關(guān)節(jié)在肩，這問題會得到改善。而且，他補(bǔ)充說，腰和髖關(guān)節(jié)彎曲是最困難的，這讓他很難看到在他的胸部的開關(guān)。
通過以上討論，應(yīng)用技巧搭檔的太空服將有以下特點(diǎn)。
（一）技術(shù)改善了由于加壓而使得航天服關(guān)節(jié)僵硬。斯基爾搭檔也檢測到航天員的運(yùn)動伺服系統(tǒng)機(jī)制。
（二）技術(shù)檢測/顯示隊(duì)友力，壓力和支路意義在指尖，使宇航員完成的復(fù)雜和敏感的任務(wù)。
四 原型模型
開發(fā)的原型模式開始的時(shí)候是在1998的夏季。我們集中在硬件設(shè)計(jì)和組件上。本節(jié)顯示我們的項(xiàng)目狀態(tài)的原型開發(fā)。
人的肌肉執(zhí)行機(jī)構(gòu)已被采用為一執(zhí)行器的伴侶。致動器主要優(yōu)勢包括：
（1）伺服電機(jī)比電磁電動機(jī)較大傳動比。
（2）主要特征是類似人類肌肉的致動器 。
原型執(zhí)行器的能力，如圖2所示，8毫米（5/ 16英寸）直徑150毫米（5.9英寸）長產(chǎn)生超過200n在400kpa（58磅）。力測量器，如圖3所示。從測量。新型的驅(qū)動器，如下所示。
圖2 麥吉人工肌肉皮膚伴侶
圖3 執(zhí)行器的輸出
圖4 肘關(guān)節(jié)與人工肌肉
肘關(guān)節(jié)原型肘關(guān)節(jié)由人工肌肉執(zhí)行器和一個(gè)增量式編碼器（圖4）。執(zhí)行器是放置在肌腱肘部關(guān)節(jié)和產(chǎn)生力矩的關(guān)節(jié)部位。氣動調(diào)節(jié)器與微機(jī)控制致動器。重量是3768。
這已模糊控制的基本數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果控制不負(fù)載顯示圖5。觸覺傳感器（壓敏導(dǎo)電橡膠）是要連接到檢測人體運(yùn)動。
圖 5 肘關(guān)節(jié)位置控制的例子
圖 6 肘關(guān)節(jié)與氣動缸
腕關(guān)節(jié)也被設(shè)計(jì)以及建造。腕關(guān)節(jié)的自由度主要包括滾轉(zhuǎn)和俯仰。組成部分的聯(lián)合是幾乎一樣的彎頭接頭。腕關(guān)節(jié)已經(jīng)組裝的肘關(guān)節(jié)后關(guān)節(jié)進(jìn)行測試和改進(jìn)計(jì)劃。
手指關(guān)節(jié)顯示在圖7和圖8。本手指關(guān)節(jié)是由拇指，指向手指和中指。手指指向和中指有兩自由度。拇指三是中央的部分（腕），微通道板和最低端部的（趾）關(guān)節(jié)。小型氣動缸驅(qū)動各關(guān)節(jié)。
氣動缸產(chǎn)生彎曲力的手指延長部隊(duì)所產(chǎn)生的被動的線圈彈簧。人工肌肉驅(qū)動器要連接到手套的擴(kuò)展力如果彈簧的力量是不夠的。
壓敏導(dǎo)電橡膠連接到指尖測力之間的手指和手套。感應(yīng)位置傳感器被連接到測量手指關(guān)節(jié)角。
圖7 原型手套
圖8 手指關(guān)節(jié)沒有手套
未來的工作下一步的原型開發(fā)組裝手指，手腕關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)而且。觸覺設(shè)備計(jì)劃把手指。
項(xiàng)目目標(biāo)的伴侶的項(xiàng)目是開發(fā)一個(gè)原型外骨骼機(jī)械宇航服。原型模型將包括一個(gè)上身組裝，以及對武器手套。此原型模式將被放置在壓力服裝隔熱層。
武器的原型有肩關(guān)節(jié)，肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。每個(gè)關(guān)節(jié)是由氣動執(zhí)行器構(gòu)件，可以感受角度。觸覺傳感器附在人體運(yùn)動檢測，使機(jī)器可以按照宇航員的運(yùn)動而運(yùn)動。因?yàn)樵湍Ｐ褪冀K是連接到人類的身體上，阻抗控制將是適當(dāng)?shù)娜藱C(jī)合作的。力扭矩傳感器將需要之間手腕和手套實(shí)現(xiàn)阻抗控制。
結(jié)構(gòu)的手套本身之間的接口和宇航員的手和手套將研究和精心設(shè)計(jì)。如觸覺或觸覺裝置滑動傳感器和顯示器將需要完成的任務(wù)。
5 應(yīng)用工程
如今，“工業(yè)化”和“先進(jìn)”的建設(shè)系統(tǒng)更受歡迎，在世界和在日本。這些系統(tǒng)短期實(shí)現(xiàn)有效的生產(chǎn)和較少的人力，為建筑行業(yè)引起了較好營業(yè)利潤。主要工作是由機(jī)器監(jiān)督建設(shè)由一個(gè)高性能的信息網(wǎng)絡(luò)很多計(jì)算機(jī)。自動化系統(tǒng)和機(jī)器人參加在建筑工地。降低勞動成本的網(wǎng)站建設(shè)使更多的商業(yè)利潤。在這樣的建筑工地。
工人將一個(gè)建筑系統(tǒng)部件如機(jī)經(jīng)營者，或一個(gè)智能交通設(shè)備，或靈活的處理機(jī)器。現(xiàn)代先進(jìn)建筑系統(tǒng)，如自動和機(jī)器人建筑系統(tǒng)，移植的高級技能從人類的工人。
雖然許多自動化系統(tǒng)的開發(fā)和建設(shè)工作的實(shí)際使用，人參與建設(shè)工作是不可避免的。
原因如下：
（1）在一個(gè)工地有數(shù)以百計(jì)的任務(wù)運(yùn)用自動化系統(tǒng)來完成每一個(gè)任務(wù)。這是不實(shí)現(xiàn)的，
（2）各施工現(xiàn)場有不同的條件，其中從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，環(huán)境的網(wǎng)站等等因素考慮；因此，一個(gè)特定的自動化系統(tǒng)并不一定適用于其他網(wǎng)站建設(shè)。
（3）一些人的技術(shù)沒有在自動化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，有一些任務(wù)自動化系統(tǒng)不能做到。應(yīng)用技巧隊(duì)友的建設(shè)工作網(wǎng)站一種解決人機(jī)合作。技巧伴侶有能力讓工人來完成各種任務(wù)的。這樣的需求是必要的。
六 結(jié)論
介紹一個(gè)概念技能伴侶及伊娃外骨骼機(jī)器人的我應(yīng)用。而且還介紹了原型模型太空服發(fā)展現(xiàn)狀的的概述。原型開發(fā)組裝的肩膀，肘，手腕，和手套的第一個(gè)目標(biāo)。今后的工作包括觸覺設(shè)備的發(fā)展和阻抗控制的接頭