研究现状
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Published：2025-11-10
人类外骨骼辅助机器人起源于1966年美国“哈德曼”辅助机器人的构想与研发，至今仍处于研发阶段。能够高度满足人体敏捷性与精准度要求的能源供给装置，以及控制系统和力传动装置，仍有待加大投入进行深入研究与实验探索。以下是近年来具有代表性的研究成果。
由筑波大学研发的日本外骨骼机器人HAL3，是一款名为“Robot suit”HAL（Habrid Assist Legs）的动力辅助装置，旨在帮助下肢活动受限的人群完成行走、起立、坐下等动作。该机器人主要由无线局域网系统、电池组、电机与减速器、各类传感器（地面反作用力传感器、表面肌电传感器、角度传感器）以及执行机构组成，整机重量约为17千克。由于设备较为沉重，其动力传动采用电机—减速器—外骨骼机构的组合方式，能够根据人体的运动意图自动调节辅助力度。市场规划方面，该产品将重点面向养老护理、残障辅助、消防救援以及警务等高危作业领域，并着力拓展体育与娱乐市场。HAL将针对不同应用场景进行设计与生产，以满足多样化需求。
以色列：由埃尔格医疗科技公司研发的“ReWalk”外骨骼辅助设备，采用一对拐杖来帮助维持身体平衡。该设备由电动腿支架、体感传感器以及内置电脑控制盒和可充电电池的背包组成。用户可通过遥控腰带选择相应模式，如站立、坐下、行走、爬坡等，随后向前倾身以激活体感传感器，使机械腿持续运动。该设备主要用于协助瘫痪患者恢复行走能力。其动力传动采用电机减速器外骨骼机构，运动模式主要由设备驱动人体完成动作。设备的助力力度由控制系统设定，无法根据人体的运动意图随时调整。市场规划重点面向下肢瘫痪患者的的产品开发。
3 加州大学伯克利分校军事合作项目——外骨骼辅助机器人士兵服装
该设备名为伯克利下肢外骨骼，又称BLEEX，由先进国防研究工程研究所设计。它通过将自动化机械支撑装置与人体双腿相连，以减轻体重负担，使步兵在负重更重的情况下仍能行进更长的距离。该装备主要由燃料供给与发动机系统、控制与检测系统、液压传动系统以及外骨骼机构组成。使用者需借助传动带将自身双腿与机械外骨骼的腿部相连，并将搭载发动机和控制系统的大型背包背在身后。背包内部还留有充足空间用于装载有效载荷。动力传输过程为：发动机→液压系统→外骨骼机构。该设备能够均衡装备重量（50千克），使穿戴者几乎感觉不到任何负重；同时，控制系统会确保其重心始终位于使用者双脚之上。此外，该设备的背包最大可承载32千克的重量，而对使用者而言，实际感受却如同仅背负了2千克。这款设备不仅能够助力士兵作战，还能协助医护人员从危险区域撤离伤员，或帮助消防员携带重型装备攀爬更高楼层。
可穿戴机器人服装将帮助部队提升作战效能和耐力。美国雷神公司最新研发的Sarcos型号配备了爪状手部装置。穿戴该装备后，美军士兵的力量与耐力相比正常状态可提升20倍。而对于洛克希德·马丁公司的HULC型号，穿戴者不仅能够轻松搬运重达200磅（约91公斤）的物体，还能以更少的能量消耗完成更为繁重的任务。目前，美国陆军士兵系统中心正对各类机器人外骨骼展开军事试验。[1]
在美国，另一项军事合作项目——雷神公司与萨科斯联合推出的XOS外骨骼机器人，代表了外骨骼机器人技术的最新水平。图2展示的是史蒂夫·雅各布森博士引以为傲的成果——“XOS”移动外骨骼。“XOS”外骨骼旨在打造超人般的士兵，其研发经费由美国国防高级研究计划局（DARPA）拨付，总额高达1000万美元。经过7年的秘密攻关，“XOS”已然跻身机械外骨骼领域的最前沿科技之列。其控制理念与BLEEX如出一辙：通过传感系统和微型计算机系统，由控制系统精准判断人体的下一步动作，进而决定向人体施加多大程度的助力以及作用于人体的速度。此外，“XOS”还借助液压系统将力量传递至外骨骼机构，不过它是一款全副武装的外骨骼，而BLEEX则是一款下肢外骨骼机器人。“XOS”的动作相较以往的外骨骼设备更加敏捷、更具爆发力。借助附着于人体各处的传感器，“XOS”能够对身体动作作出毫秒级的响应，并输出强劲有力的驱动力。穿戴“XOS”时，即便人体自身仅需承受9公斤的重量，却能轻松举起90.7公斤的重物，且可连续完成50至500次的举升动作。然而，目前“XOS”仍存在一个重大缺陷——其内置电池的续航时间仅为40分钟。若这一难题得以破解，相信“XOS”很快就能走向实用化。
