接前一篇文章：从零到一认识外骨骼（1）
本文内容参考：
知识宝典丨解码科技：外骨骼机器人的前世今生
从《明日边缘》走向现实世界 军用动力外骨骼编年史 _ 游民星空 GamerSky.com
外骨骼机器人（一）：Lokomat核心技术简介-CSDN博客
外骨骼机器人和人形机器人概览_机器人设计导则-CSDN博客
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机器人前沿--下肢外骨骼机器人_下肢外骨骼机器人关节编程-CSDN博客
人工智能技术在外骨骼机器人中的应用，发展历程与原理介绍_外骨骼机器人的智能感知与识别-CSDN博客
外骨骼机器人关键技术与核心问题_外骨骼机器人关键技术探讨-CSDN博客
外骨骼机器人：左手医疗，右手工业-CSDN博客
外骨骼机器人的控制怎么做？_外骨骼姿态控制-CSDN博客
人体增强技术-CSDN博客
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一、初识
2. 发展历程与编年史
（2）编年史
- 外骨骼的概念最早可追溯至19世纪末。1890年，一位名叫尼古拉斯·亚根的俄罗斯人提出了机械外骨骼的想法，他发明了一种借助压缩空气、弹簧或弹性储能元件的行走/行军辅助装置，并申请了专利，被视为世界上较早的外骨骼雏形之一。
- 1917年，美国发明家莱斯利·凯利设计了以蒸汽为动力的“Pedomotor”步动辅助装置。这套装置以蒸汽动力为动力源，采用穿戴者背部的小型蒸汽机牵拉捆绑在腿部的钢索实现助力行走。但因穿戴者需背负小型蒸汽机且关节设计僵硬，最终未能投入实用。
- 外骨骼机器人技术的系统性研发始于20世纪60年代。以1965年美国的Hardiman（硬汉）项目为代表。该项目由美国国防部支持，由通用电气公司和康奈尔大学共同开发，旨在研发可穿戴机械外骨骼以增强人的力量。项目成果Hardiman原型是最早的电动外骨骼机器人原型，其包含了30多个关节，采用液压马达驱动结构，能举起1500磅的重量。同时配合力反馈感应系统，感受佩戴者的动作意图。但由于当时材料、机械设计、电子技术等诸多因素的限制，哈迪曼体积巨大，重约680公斤，整个系统由30个液压动力源和伺服随动铰链组成，采用主-从控制模式，虽然能将人类四肢的力量放大25倍，但非常的不稳定，对操作员不安全且只能替代人的一只手，因此实用价值几乎为零。但这个研究开创了人类研发动力外骨骼的先河，相信也多多少少影响了科幻电影工作者。
20世纪60年代，电气技术的发展为外骨骼机器人的创新提供了充足的条件。
- 1961年，基于当时不成熟的动力外骨骼技术，美国洛斯阿拉莫斯实验室开始了名为“皮特曼”（Pitman）的动力盔甲项目。今日大红大紫的钢铁侠的非常接近于“皮特曼”。“皮特曼”外形类似于宇航服的封闭式盔甲，自重227KG并能携带136KG的装备。外层盔甲由玻璃纤维和聚合物/陶瓷复合装甲制成，可抵御12.7毫米穿甲弹的射击，还具有核生化防护能力。穿戴者通过虚拟现实技术的头盔显示器来感知外界环境，这和钢铁侠如出一辙。即使以现在的标准来看“皮特曼”，其概念也是很先进的，如氢/氧燃料电池、内置辅助动力单元和空调、电动人造肌肉驱动、大脑意念感应操纵等技术，但就是这些过于先进的技术使该项目最终成为了空中楼阁。
计算机技术、传感技术、材料技术和控制技术的迭代更新，带动了外骨骼机器人在技术层面的创新突破，尤其是计算机的出现，为科学研究注入新动力，同样也给外骨骼机器人的深入研究带来曙光。
- 1970年代，贝尔格莱德大学的Vukobratovic等人研制出了Powered Exoskeleton。贝尔格莱德大学的团队实行了轻量化的机构，同时提出了平衡算法，这在双足机器人研发中被广泛应用。此后更多的企业投入到助力外骨骼机器人的研发中来。
- 1978年，美国麻省理工学院重新开始了动力外骨骼项目的研究。这套系统总重量11.7KG，能让穿戴者在负重36KG的情况下保持每秒1米的行走速度，并将80%的负重传递到地面，同时里程碑式地采用了弹簧储能和变阻尼器关节驱动。这套系统虽然至今尚未成功，但却为日后动力外骨骼装置的设计确定了框架。
- 1983年，坐落于美国盐湖城的Sarcos公司开始研究动力外骨骼项目，来自犹他大学的创始人斯蒂芬·雅克布森（Stephen Jocabsen）将这个项目称之为XOS。XOS的控制原理类似于飞机的线性传导控制，在精心挑选的位置设置力传感器，当穿戴者移动肢体开始动作时，受力的传感器立即通知中控电脑，电脑通过高速计算外骨骼采取何种动作来帮助穿戴者，然后指示恰当位置的液压元件移动活塞完成动作，使穿戴者可以轻松连续500次举起放下90kg的杠铃。虽然这套系统自带的电池只能使用40分钟，存在能耗大的严重缺陷，但依然在2000年获得美国国防部高级研究计划署的1000万的资金赞助。
- 20世纪90年代至21世纪初，技术逐步从军事领域向医疗康复等领域拓展，例如日本神奈川理工学院研发了旨在帮助护士的动力辅助服，并于2001年上市增强型外骨骼PAS。
- 筑波大学教授山海嘉之研发的外骨骼机器人HAL于2004年投入市场，成为世界上首个半机械人式康复外骨骼。
进入21世纪，计算机、传感、材料和控制技术的迭代更新推动了外骨骼机器人进入技术突破和规模化应用阶段。
- 2000年，美国国防部高级研究计划署（DARPA）发布了“增强人体机能的外骨骼”项目（简称EHPA）的研制招标书，提出以下4个方面的要求：1）外骨骼系统必须使用坚固、轻型且有弹性的材料。这种材料必须能够保护穿戴者，以大幅度减少伤亡。2）外骨骼系统携带的能源必须能够维持24小时的工作，而且必须轻且完全无声。3）外骨骼系统必须能够同步士兵的动作，能够加强士兵的力量并模仿士兵的各种动作，包括战场上的前后左右移动躲闪。目标是让士兵背负更大质量的同时仍然能够跑得更快、跳得更高更远。4）这套系统必须采用流畅、高效且完全无声的液压元件。计划启动后，共有3个单位获选分别进行EHPA的初期研制工作，分别是橡树岭国家实验室、加州大学伯克利分校和Sarcos公司。
- 同年，加州伯克利大学在DARPA的资助下研制出了"Berkeley Lower Extremity Exoskeleton（伯克利下肢外骨骼系统，即BLEEX）"，核心强化目标从肢体力量变成到穿戴者负重行动能力。BLEEX不仅能让美军轻松担起90公斤的负重，同时还能穿越复杂的地形。并且当BLEEX的动力不足时，佩戴者还可以将它从腿部拆卸下来，并折叠成一个规格化的背包，方便存储与运输。同时BLEEX也是目前最“长寿”的动力外骨骼装置之一
- 2005年，Sarcos公司的XOS在众多EHPA方案中脱颖而出。从2006年起，Sarcos公司开始独挑大梁研制美国军用动力外骨骼。XOS具备前所未有的灵活性和灵敏度，同时还可以提供高达6:1的力增比，紧贴身体表面的传感器能够感应到穿戴者的动作幅度和力度，通过算法运算可以在使用者运动幅度内输出6倍的力度。
- 而在同年，美国洛克希德马丁公司对加州大学伯克利分校的第二代BLEEX系统，进行了重新设计并试制了演示样机，改称为Human Universal Load Carrier，（简称HULC）。
- 2007年11月，Sarcos公司被世界第六大军火商 —— 雷神公司（Raytheon Sarcos）收购，开始研制第二代XOS 2外骨骼。2008年4月28日，雷神公司宣称XOS已获得显著成功，但仍在继续改进，美军于2009年开始测试经过改进的型号。
- 2010年，Raytheon Sarcos又研发出XOS-2动力外骨骼系统，相较上一代产品重量轻了10%，能耗降低了50%。力量增幅却达到了惊人的17倍。其性能的全面增长使之深得美国军方认可，并被《时代》杂志列为2010年的50大发明之一。
- 2009年2月26日，洛克希德马丁公司的HULC正式公布。HULC重24KG，由钛金属制成，采用两块总重3.6KG的锂聚合物电池电池驱动，一次充满电可保证穿戴者以4.8公里/小时的速度背负90KG重物持续行进一个小时，最高速度则可达到16公里/小时。HULC平时收纳在一个很小的拉杆箱里，使用时穿戴时间不超过30秒，士兵使用时只需要把脚踩在托盘上，固定好大腿、腰部和肩部的系带，HULC的感应器就会自动侦测穿戴者的行动意图，然后驱动液压组件做出相应的动作，保证HULC的动作与穿戴者的动作一致。试验显示，穿上HULC后能够明显降低人体对氧气的消耗量。据统计，在试验人员穿戴上HULC并背负36.7KG的物资以每小时3.2公里的速度行进时，其对氧气的消耗量量可比不穿HULC时减少大约15%。HULC没有双臂助力，在提举重物时只能通过胸前的吊臂进行。洛克希德预计在2014年可以量产HULC，预定售价25000美元。
- 2014年，ReWalk、CYBERDYNE和Ekso Bionics等公司陆续上市，标志着外骨骼在医疗康复等领域进一步商业化。
截止目前，较典型的外骨骼机器人包括美国的第二代XOS全身外骨骼、人体负重外骨骼（HULC）、超柔SuperFlex机械外骨骼、Soft Exosuit外骨骼、MAXFAS的手臂外骨骼系统、MIT外骨骼、BLEEX外骨骼系统、英国“矫正负重辅助装置”、法国“大力神”可穿戴外骨骼、意大利“V-盾”第一代人体脊柱外骨骼、澳大利亚新型被动式可穿戴外骨骼等。与此同时，美国还在研究集生理监控、动力外骨骼，全装甲防护和网络数据连通等高科技于一体的“实战化”单兵装甲TALOS（Tactical Light Operator Suit），但在2019年由于电源供应等原因而中道崩殂，项目宣布暂停但保留相关技术成果。
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