單兵外骨骼結構與運動分析

摘 要:單兵外骨骼是一種通過穿戴在士兵身上，提高人體負荷和速度，含有動力源的機械裝置。由于可以攜帶更多的重物，并輔助加快運動速度，因此在現代戰爭中，如長距離行走、運送給養、防護等方面，應用前景巨大，能有效提高士兵生存幾率和作戰效率。本文通過分析機械外骨骼技術的結構和運動，探討將該技術應用于現代單兵裝備的理論基礎。

關鍵詞:外骨骼工作機理下肢自由度軌跡跟蹤步態穩定性

中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0224-02

1引言

隨著現代科技的發展，武器裝備水平越來越成為現代戰爭勝利的重要保證。作戰部隊規模小、作戰消耗高成為現代戰爭基本特征。同時，反恐戰爭等新形式的武裝打擊對單兵裝備要求越來越高，單兵負荷也隨之增大，以單兵每天平均物資消耗為例，二戰時20kg，越南戰爭時是90kg，海灣戰爭時已經達到了200kg，因此作為一種可以讓士兵通過穿戴，從而提供支撐重量，輔助運動等功能效果的機械裝置，單兵外骨骼機構可以幫助士兵更好的完成戰斗任務。2000年，美國國防先進研究項目局資助研究增強士兵機能的外骨骼(EHPA)的項目，目的旨在開發一種對外界環境變化有著智能識別并適應的外骨骼系統，通過試驗，士兵載重能力，行動速度成倍提高，并能有效抵御輕武器彈藥襲擊（如圖1）。

2結構與運動分析

2.1 外骨骼組成及運動機理

其機械結構由多桿開鏈機構、將重力傳遞到地面的腳托以及放置重物的托架三部分組成，其集成了傳感系統、動力系統、控制系統等諸多復雜的系統機構。……