软体可穿戴机器人

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重磅综述!10年间164项研究揭示软体可穿戴机器人技术全貌与未来方向
机器人大讲堂· 2025-07-27 19:06
软体外装技术发展现状 - 全球每年1500万人中风,75%-80%幸存者存在运动障碍,美国4040万残疾成年人中有严重行走障碍问题[1] - 软体外装(Exosuit)作为革命性技术,相比传统轮椅、刚性外骨骼具有活动范围广、轻便舒适的优势[1] - 意大利研究团队系统性综述2013-2023年164项成果,涵盖4大驱动技术、55种气动装置及59种电缆系统[1] 技术范式转变 - 刚性外骨骼存在复杂笨重、增加代谢成本等问题,限制在实验室或临床环境使用[2] - 软体外装采用类服装设计,与使用者肌肉协同工作,保留自然运动范围[2] 四大驱动技术分析 流体驱动 - 55个设备采用,主要为气动驱动,通过充气腔室实现弯曲/扭转等复杂运动[5] - 优势为制造简单(可3D打印),劣势为响应慢、需压缩机/电源限制便携性[5] 电机电缆驱动 - 59个设备采用,类似人体肌腱机制,实现精确控制和高带宽[7] - 存在电缆摩擦导致皮肤损伤风险,需Bowden鞘管但引入额外摩擦[7] 形状记忆合金 - 通过温度变化恢复形状,优势为高能量密度、静音运行[8] - 局限为行程/带宽有限,控制难度大[8] 介电弹性体 - 前沿技术,应变高达300%且静音轻量[9] - 高工作电压(安全问题)限制可穿戴应用[9] 关节辅助方案创新 上肢辅助 - 肩关节多采用气动驱动,如Y形执行器支撑外展[13] - 肘关节倾向电缆驱动,LUXBIT系统通过V形织物转换推力减少皮肤剪切力[15] - 手部辅助超40种设计,Exo-Glove采用仿生肌腱驱动[18] 下肢辅助 - 髋关节SR-HExo采用X形气动肌肉,降低14.6%行走代谢成本[24] - 膝关节PPIA执行器通过褶皱结构增强扭矩输出[25] - 踝关节在步态43%时辅助可实现0.64±0.05 W/kg代谢成本降低[27] 商业化进展与趋势 - 已上市产品包括ReStore(踝关节)、Carbonhand(手部)、Neomano(手指)[31] - 混合设计成为趋势,如SPAR手部装置结合刚性掌杆提高力传递效率[30] - 未来方向为无缆多关节辅助,需解决材料强度与控制智能化问题[34]