摘要：随着时代的快速发展，我国社会经济呈现出高速稳定的发展趋势，人们的生活水平在不断提高，我国科学技术也在不断进步，科学技术的进步能够给人们的日常生活带来极大的便利，不仅能够提高人们的工作效率，同时还能有效减少人们的工作压力。我国在发展过程中一直都十分注重对于搬运助力装置的研究。在研究的过程中投入了大量的人力物力和财力，从当前的研究情况来看，我国已经取得了一定的研究成果，但是对于一些关键技术仍然要进行不断的优化和完善，深入研究搬运助力装置相关技术，保证在行业内更好的应用。本文主要介绍了搬运助力装置的国内外研究情况，对于当前的关键技术进行了系统性分析和总结，对搬运助力装置的未来发展前景也进行了分析。
关键词：搬运助力；装置；研究；实现；发展前景
对搬运助力装置进行研究，能够有效减轻人们的工作负担。采用机械化的方式还能有效提高工作效率，避免工人在工作过程中出现一些意外事故，而且整个搬运效率得到有效提高，这样能够促进我国相关行业得到更加快速的发展。虽然当前相关部门十分重视对于搬运助力装置的研究，但是在具体的研究过程中仍然存在一些不足之处，对于关键技术仍然需要进行不断的优化和完善，保证整个搬运助力装置更好的发挥其作用。
一、概述
搬运助力装置是一种机械助力装置，该装置在进行研发的过程中是以一种昆虫类动物为基础进行研究，该种昆虫类动物长有身体以外的骨骼，而且骨骼能够对昆虫本身的身体进行有效的支撑和保护，该种昆虫的骨骼则被称为外骨骼，在进行搬运助力装置研究的过程中则完全依靠该种昆虫的结构进行研究，通过仿生的研究思想，设计一套体外的支架，通过物理重量的平衡传导个人的负重能力进行增强。应用搬运助力装置以后不会有特别强烈的负重感，而且能够保证肢体的灵活行动。可以不受天气及路面情况的影响而进行随意的操作，可以对整个装置进行系统性的控制，助力装置与使用者能够始终保持协调一致的运动，采用助力装置以后，使用者负重量能够得到有效的增加，通过相关的调查研究显示，助力装置的使用者负重能力能够有效提高10%，而且在整个运动的过程中，使用者的体能消耗会大大减小，在进行一些高强度作业的过程中始终能够保持良好状态，进而更加高效完成相关工作，在整个工作过程中，安全性也能得到有效的保证，工作效率在提高的同时，工作质量也不会受到任何影响。由此可见，搬运助力装置对于相关行业的发展有着极为重要的作用，对搬运助力装置进行不断的优化和完善能够促进我国社会经济得到更加快速的发展。
二、研究现状
搬运助力装置研究过程十分复杂，涉及很多不同的理论和学科，其中包括机器人学，人体工程学，控制理论以及信息处理技术等等，因此整个研究过程十分复杂，任何一个细小的环节都会对最终的研究成果造成影响。从当前的实际发展情况来看，美国对于搬运助力装置的研究始终处于领先地位。美国搬运助力装置早在20世纪60年代初期美国就已经开始对搬运助力装置进行研究。在2000年美国国防部出资5000万美元来专门对搬运助力装置进行研究，而且在研究过程中也获得了一定研究成果，相关研究学者组成独立研究团队，在2004年率先研制出单兵协力系统。该系统在运行过程中主要是通过液压驱动的方式进行运作，使用者整个负重量能够达到75千克，并且整个行动过程不会受到任何影响，行走的速度不仅不会受到影响，反而能够得到有效的提高，使用者在使用前行走速度为1.3米每秒，但是应用该装置以后，行走速度能够达到0.9米每秒，由此可见，搬运助力装置能够有效提高人们的行动速度，使得人们的行动变得更加便利，从而更加高效的完成相应工作。美国研究学者在后期还研制出了新一代的单兵负重系统，该装置能够有效降低使用者对氧气的消耗量，负重超过90千克的重物持续行走超过一个小时。该装置比前一代的单兵负重系统更具有优势，因此得到了更加广泛的应用。除了美国对于搬运助力装置进行了深入的研发以外，法国和日本也对该装置进行了研究。法国在研究的过程中将搬运助力装置称为大力神。法国研制的助理装置就在于不需要采用无线电进行控制，整个肢体运动就能够达到自动探测的目的。日本在对搬运处理装置进行研究的过程中，能够有效增加人体力量的0.5到1倍，日本研制出的搬运助力装置大多用于商用，使用者运用搬运助力装置以后，行走速度变得非常快，而且搬运重物也丝毫不费力。整个过程体能消耗得到了大大的降低。
三、关键技术
（一）获取动作信号
在对搬运助力装置进行研究过程中，应该重点对一些关键技术进行研究，只有解决关键技术的技术难题才能对搬运助力装置进行不断的优化和完善，提高搬运助力装置的质量。从而使得搬运助力装置能够得到更加广泛的应用，在进行关键技术研究的过程中，首先，应该对获取机械动作信号的技术进行研究，从当前的实际发展情况来看，用于搬运助力装置的机械信号获取方式大致可以分为三类，首先是基于信号的采集方式，在进行脑电信号采集的过程中，由于提取较为困难，而且在整个提取的过程中，需要投入大量的经济成本，后期的数据处理也较为复杂，因此并不适合用于获取机械动作信号，该种方式更适合用在一些瘫痪患者的康复助力装置设计过程中。其次，收集方式是机电信号的采集。在采用该种方式的过程中，由于在对信号进行采集的过程中，很容易受到外界环境因素的影响，使得整个信号的采集变得十分不稳定，而且整个采集难度也较大，因此并不适合用来对动作信号进行采集。最后，一类是运动物理信号的采集方式。在采用该种方式的过程中，整个动作以及和装置之间的作用力会较为稳定，而且整个信号不会受到外界环境的影响，整个采集效率较快，而且能够有效保证信号采集的准确性。因此在进行研发的过程中，必须要在助力装置和操控系统上使用大量不同类型的传感器装置，我国在对搬运助力装置进行研发的过程中大多都是采用运动物理信号的采集方式。
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（二）分析系统动作
在对系统动作进行分析的过程中，可以根据信号采集方案来进行具体的设计和布局，对传感器信号进行测量和分析，能够为后续的相关设计提供详细的数据支持，在行走的过程中下肢动作会发生不同的改变，通过仿真模型的建立能够形成十分准确的运动曲线和力学参数，这样能够更好的对相关信号进行有效的采集。而且整个数据的采集也十分准确，对于后期整个搬运处理装置的设计能够奠定良好的前提和基础。
（三）设计跟随系统控制策略
在对跟踪系统进行控制的过程中，根据系统运动信号来运动意图进行有效的判断，在研究的过程中要构建一个科学合理的跟踪系统，跟踪系统的主要作用是分析人工助力装置与体系动作的一致性因素，这样能够有效保证整个搬运助力装置得到更好的控制，当使用搬运助力装置以后，能够通过主动控制的方式来进行使用。
（四）选择助理装置驱动方式
在选择助力装置驱动方式的过程中，应该根据当前的实际情况进行选择，要充分考虑搬运物体的重量，助力装置的重量，以及当前要完成的任务目标，设计人员在设计的过程中，要将搬运助力装置的驱动力和整体的结构布局进行科学合理的设计，从当前的实际发展情况来看，在进行设计的过程中最为常见的驱动方式包括，液压驱动连接杆，气动肌肉以及关节之间电机驱动等。
（五）设计助力装置机械结构
助力装置机械结构的设计是一个较为复杂的过程，整个工作内容包括机械结构和关节运动的优化设计，相关设计人员需要充分考虑当前的实际设计情况，将驱动器件和传感器进行科学合理的布局，同时还要充分考虑到整个搬运助力装置的运动自由度，在对材料进行选择的过程中，尽可能选择一些性价比较高的材料，在控制成本的同时，保证材料的安全可靠性，这样才能对装置系统进行有效的防护和支撑。在设计的过程中要充分体现人机工效学的思想，尽可能真实的模仿机体机能，这样能够保证整个搬运助力装置运作舒畅，整个使用过程也能进行灵活运动，从而最大极限的对一些重物进行搬运，这样能够有效提高搬运效率和搬运质量。在对助力机械结构进行设计的过程中可以采用两种设计方案，第一种是悬吊式设计，采用悬吊式的方式，整个搬运助力装置的托盘只是控制方向和稳定性，在整个使用的过程中不承受任何的重量，整个重量是由驱动器来进行承受。第二种是exos2助力机械结构设计，在进行设计的过程中，主要是对这些骨架传感器以及控制器进行科学合理的设计。采用该种方式能够使得整个搬运助力装置的敏捷性变得更高，比悬吊式的设计方案更具优势。
（六）控制系统搭建
在对搭建控制系统进行设计的过程中，设计人员对多方面进行充分考虑，搬运助力装置整个控制系统由多个方面共同组成，分别是中央控制器，信号反馈系统，环境监测系统以及信号处理与分析，由于整个系统有多个不同的结构共同组成，因此在设计过程中存在一定难度。在设计过程中要不断提高电源利用效率，并且使得整个控制系统能够更加准确且快速的对设备进行控制，整个助力装置控制程序还必须要有自主学习的能力，及时学习不同操控者在使用过程中的步态，从而不断提高搬运助力装置使用同步性，同时还能给操控者提供可靠性能。
四、应用前景
搬运助力装置在应用的过程中不仅能够提高负重量，同时还能提高搬运效率，而且在整个搬运过程中操控者运用自如，操作过程的稳定性、持久性。因此，适合被广泛运用在搬运货物以及军队运输过程中。搬运助力装置能够将人与机器进行有效的结合，具有十分广阔的应用前景，在具体的应用过程中可以将搬运助力装置用在康复治疗的过程中，能够给一些肢体残疾患者提供智能舒适的康复工具。同时还可以运用在货物的搬运过程中，一些从事重体力搬运的工作人员，通过运助力装置来高效完成搬运工作，不仅能够有效提高整个搬运过程的工作效率，同时还能有效减轻劳动者的劳动强度。一些户外运动爱好者也可以使用搬运助力装置进行户外运动，使用搬运助力装置后，能够携带更多的物品，从而满足户外运动爱好者的各种需求。搬运助力装置除了能够应用在民用领域以外，同时还能够应用在军事领域，应用搬运助力装置能够进行高效的后勤物资补给，同时还能有效提高现代后勤单兵的装卸搬运能力。
结束语：
综上所述，在对搬运助力装置进行研究的过程中，相关设计人员应该充分考虑当前的实际发展情况，根据现实情况对现有的科学技术进行有效的结合。将搬运助力装置进行不断优化和完善，从而让搬运助力装置更好的应用在民用领域和军用领域，为使用者带来更大便利，设计人员在进行设计的过程中要对一些技术难点进行有效的攻克。这样才能保证整个搬运助力装置设计科学有效性。从而将搬运处理装置作用更好的发挥出来。
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论文作者:王立彬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
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