哈工大朱延河教授团队讲述外肢体机器人研究现状及发展趋势丨JME文章推荐

提示：点击上方"机械工程学报"↑关注我吧

外肢体机器人是一种新型的可穿戴人体辅助设备，通过与人类肢体的对接融合、互助协作来提高人体活动、感知、操作等能力，在工业生产、医疗康复、助老助残及生活服务等领域都有着广阔的应用前景。

哈尔滨工业大学的荆泓玮、朱延河、赵思恺、张清华、赵杰在《机械工程学报》2020年第7期发表了《外肢体机器人研究现状及发展趋势》一文，他们分别针对当前国内外的外肢体机器人研究情况，对其本体结构、控制方法、应用领域等方面进行了综述。根据不同的本体结构与功能将外肢体机器人分为外肢体与外手指；根据结构柔顺特性将外肢体机器人分为刚性外肢体机器人与柔性外肢体机器人；归纳分析了外肢体机器人的控制方式，主要包括肢体映射控制、肌电信号控制与脑机接口控制；分析总结了外肢体机器人面临的技术挑战，并对外肢体机器人的技术发展趋势做出了展望。

引用本文

荆泓玮, 朱延河, 赵思恺, 张清华, 赵杰. 外肢体机器人研究现状及发展趋势[J]. 机械工程学报, 2020, 26(7): 1-9.

JING Hongwei, ZHUYanhe, ZHAO Sikai, ZHANG Qinghua, ZHAO Jie. Research Status and DevelopmentTrend of Supernumerary Robotic Limbs[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2020,26(7): 1-9.

技术挑战及发展趋势

日本庆应大学外肢体

外肢体机器人的研究目前处于起步阶段，仍有诸多问题未被解决，需要进一步的探讨与研究。通过对外肢体技术研究现状的梳理与分析，总结出外肢体研究面临的技术挑战及发展趋势主要体现在以下三个方面。

(1)外肢体的结构设计方面。外肢体的实用性和人体穿戴舒适度是研究人员需要思考的主要问题。外肢体机器人由最初的刚性结构发展到柔性结构，穿戴部位则由腰部、肩部发展到手臂等部位。未来外肢体机器人将逐步向刚柔一体化结构的方向发展；需要对外肢体进行合理穿戴接口设计，并提高外肢体负载自重比；提高穿戴的舒适性；使外肢体有多种形态的变化；拥有更多末端工具接口，实现功能多样化。

(2) 外肢体的交互控制技术方面。外肢体的交互控制技术是当前的技术挑战之一。为了实现人机交互，已经提出了肢体映射控制、肌电信号控制和脑机接口控制等控制方法。采用肢体映射控制等方法虽然更加简单可靠，但可能会影响人类肢体的正常活动。脑机接口控制方法最为直接，但十分复杂，存在着脑负荷高、响应时间长、易发生误判等问题。

增加外肢体机器人的感知反馈，将实现更有效的控制。此外，外肢体机器人的控制方式应当不同于非穿戴机械臂，可以模仿人类操作模式，在视觉等信息的引导下，形成肢体与对象之间的反馈控制系统。因此，充分利用人体有限自由度，结合多重感知反馈机制及多种控制方法，实现人机之间信息的双向传递将是未来的发展趋势。

(3) 外肢体的人机协作技术方面。外肢体与人进行协同工作的过程中，要避免与人体发生干涉碰撞。因此，建立人与外肢体系统协同工作机制、形成可靠的执行策略方法、保证人身安全与设备安全、发挥出外肢体机器人最大的人机协作效能是目前需要面对的挑战。随着人工智能的兴起与发展，外肢体机器人也将不仅仅是执行单纯的控制指令，而是有着学习能力、能够掌握多种技能、适应不同的任务场景，有着更多更广的应用领域。

总结与展望

目前外肢体机器人按照本体结构分为外肢体、外手指。外肢体的设计应用领域由最初的工业生产领域逐步发展向生活服务等多用途领域。外手指相对于外肢体有着小巧轻便的特点，主要设计应用于医疗康复、生活服务等领域。柔性外肢体相对于刚性外肢体，具有重量轻、灵活性高和柔顺性好等优点，所能应用的领域也更加广阔多样。外肢体机器人的结构设计逐渐向着刚柔一体化、功能多样化的方向发展。外肢体机器人的控制方法主要包括肢体映射控制、肌电信号控制和脑机接口控制。肢体映射是对与任务不相关肢体的利用；肌电信号控制是对人体冗余活动肌肉的利用；脑机接口是最为直接的人体意念控制。解决外肢体机器人的人机交互问题，真正实现人机协作用途至关重要。外肢体机器人在国防军事、工业生产、医疗康复、生活服务等诸多领域都有着广阔的应用前景。其发展将为人机协作与共融的实现提供参考和技术支持，将在提升人民生活水平、加强社会安全保障、改善社会公共服务等方面起到推动作用。外肢体机器人的研究才刚刚起步，其未知领域充满着可能性与挑战，需要不断地探索与完善。

主创简介

荆泓玮，男，1997 年出生，博士研究生。主要研究方向为可穿戴机器人。

朱延河(通信作者)，男，1975 年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为外骨骼机器人，外肢体机器人，模块化自重构机器人。

编辑：金程   校对：张彤

版权声明：