机械外骨骼原理是什么？

机械外骨骼原理就是用高功率密度的驱动装置，非刚性连接套装在人体外，辅助人类肢体运动。是一种柔性、智能驱动系统。有几个特点，首先，在力学传动原理上，与汽车的助力转向系统类似；载重汽车最早使用液压助力转向系统，现在也有液压与机电混合，或者单纯电动的助力转向系统，有的轿车上也开始采用啦。通俗地说，就是原来要用100牛顿·米的扭矩转动汽车的方向盘，有了助力装置，将可能用10牛顿·米的扭矩就可以转动汽车的方向盘了。然后机械外骨骼的动力驱动系统应当非自锁，通俗地说，就是人强制扭动就能对抗助力系统的驱动，避免助力系统非正常驱动而造成被驱动人体骨折。例如汽车雨刮、汽车电动锁、汽车车窗驱动系统，一般是采用蜗轮传动副，本身就有自锁特点，简单地说，当切断电源，就不能用手转动雨刮，对于助力系统，就将人的姿态给“定格”下来了。机械外骨骼的动力驱动系统最难实现的关键是要重量轻，驱动力矩大而且非“自锁”，且不说在动力系统的设计上，非“自锁”的驱动装置功率密度一定要远远低于“自锁”的驱动装置；这套装置既要能辅助老年人和运动障碍人士搬运重物、攀爬楼梯，又要求自重轻；同时要求可靠性高，动力寿命长，简单地说，就是平均发生故障的时间长，不产生恶性人体伤害事故。以中国一般的工业基础能力，一套机械外骨骼的总重量低于200公斤都困难，所以就没有实用价值。对于非作战的、日常生活实用的机械外骨骼系统自身的重量，工业发达国家可以做到50公斤的数量级，其价格同时也居高不下。这就是功率密度和功率重量指标。机械外骨骼系统的驱动系统基本上都是高强度、加工精确、十分耐磨、韧性好的金属材料，碳纤维之类的复合材料没有多少用武之地，国内的冶炼水平差距巨大；加工的机床设备国内差距也一样遥远。例如要使用非圆曲面的齿轮加工、缸体研磨、优秀的热处理等等先进加工手段。通常的旋转电动机驱动系统、液压动力系统，都可以用于机械外骨骼，从发展上来看，可以是传统的谐波挠性传动机构、历史悠久的记忆合金、新兴的人工肌肉。气动机构不适合于应用在这种场合。