- 文献综述：
外骨骼最早是在上世纪60年代由美国GE公司提出的Hardiman项目开始的。自外骨骼研究的半个多世纪以来，众多国家对于外骨骼的研究给予了大力支持和关注，并投入大量人力物力，人体外骨骼己成为世界各国科学家和工程师研究的重点和热点，成果显著。例如，美国福特公司已于去年11月在工厂里测试Ekso Biobics公司的上肢外骨骼EksoVest。美国的Lockheed Martin公司也于今年研发出了ONYX机械外骨骼技术，可以帮助士兵拥有更强大的负重和对于崎岖地形的适应能力。以色列的康复型外骨骼Rewalk、美国的EKSO都已经拿到了美国FDA的认证，日本的康复助力两用全身型外骨骼Cyberdyne也取得了CE认证，进入上市销售阶段。虽然目前，全球有不少研发生产外骨骼机器人的企业，但包括美国和以色列的产品在内，平均一台外骨骼机器人的价格在60-100万人民币之间，价格十分昂贵。
图2 美军装备ONYX外骨骼
中国也有多家企业进入外骨骼机器人领域，并研发出了新产品，但目前国内只有北京大艾机器人一家企业获得CFDA认证。但由于国内外骨骼的研究起步较晚，目前还处于跟踪和摸索阶段，但相关技术研究也在迅速开展。同时，国内外对于外骨骼的研究主要集中于下肢外骨骼，对于上肢外骨骼的研究相对较少，且多数为医疗康复领域[1]。
动力源问题一直是外骨骼机器人未解决的问题，现有的可携带动力源有电池和小型发动机，而这些便携式能源只能给系统提供2～9小时的续航时间。对于康复训练型外骨骼，能量的限制并不显得非常严重与紧迫，因为其并没有长时间和大功率的输出要求。但对于助力型外骨骼，由于其自身结构相对轻巧，目标任务也较为繁重，因此对动力源的续航能力及能量/质量比提出要求。美国萨克斯公司研发外骨骼机器人的思路就是暂时搁置能源问题，先解决全身式外骨骼的控制、快速反应以及流畅动作等问题，XOS一代和二代外骨骼都是采用外置驱动源，通过缆线与机器人连接，这样限制了外骨骼的活动范围。所以开发出新的适用于移动机器人的能源成为外骨骼研发过程中急需解决的难题[2]。现有的能源驱动方式主要有液压驱动、电机驱动以及气动。液压系统伺服控制复杂，柔顺性差，能量使用效率低，并且液压系统还有易漏油，噪声大等诸多问题，所以液压驱动并不是一种理想的驱动方式，或者说将其应用于民用用途并不现实。电机驱动的好处在于相对于液压驱动而言，精度高、准确控制、相应迅速。但是电机驱动有时不能提供足够的动力，大功率的电机重量过重，在需要大功率的场合，如军事工业等，液压驱动更为合适。与其他的驱动器相比，气动肌肉拥有高的功率－质量比与成本低的优点，并且气动肌肉的弹性特性能够很好的提高系统的柔性。而气压传动方式缺点是速度稳定性差，给系统的速度和位置控制精度带来很大的影响[4-6]。
图1 福特公司的流水线工人佩带着EksoVest外骨骼进行工作
3.1外骨骼的轻量化和集成化
美国亚利桑那州立大学研制了一种气动肌肉驱动的可穿戴式上肢外骨骼机器人，该机器人系统具有5个自由度，由气动肌肉驱动，对上肢运动神经元综合征患者的日常生活相关运动进行相关辅助，以保持患者上肢的运动感觉，促进脑功能重塑装置肩、腕部装有关节位置及压力传感器，根据患者肢体运动时的压力调节RUPERT施加给患者的助力。其主要功能是协助受影响的手臂在三维空间中移动。气动肌肉使系统具有足够的柔顺性,可穿戴性较好，但是由于气动驱动的原因，难以将气泵，气管等设计成一体，故此外骨骼机器人难以拥有很好的集成度[3]。
国防科技技术大学邓明君[7]设计了一款基于液压驱动的四自由度单臂助力外骨骼机器人，如图所示，通过钢丝绳传动完成30KG负载的搬举，由于采用液压驱动，结构笨重，没能将能源、油管、作动器、伺服阀、集成块等设计成一体，集成度较差。
