电动助力携行具电机控制器系统设计研究+程序(3)

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提及助力装置，大家一定不会陌生。它们出现在人们日常生活的各个角落：如利用杠杆原理制成的开瓶器和各类扳手，以及将电能或化学能转换为机械能的挖掘机、叉车、塔吊等建筑工地必备设备等。这些助力装置随处可见，他们协助人们执行某项特定任务，以达到省力效果(如图1.1所示)。

人们利用这些的助力装置来辅助自身完成特殊要求，降低工作强度和危险性，提高实际效率。同理，助力携行具顾名思义也是用于辅助士兵行军的一种装置。它结合了人体工程学原理，将人体助力装置与传统的携行具优良性能相结合。助力携行具不仅能如同传统的单兵携行具一样，携带所需的作战装备、生活用品等一切用具，还能给予士兵一定的支撑，起到节省体力，缩小行军消耗，甚至提高行军安全性，作战隐蔽性的作用[3]。

通常，士兵装备助力携行具能够更为轻松地携带较重行军物品，因而在长距离的行军中也不会感到筋疲力尽。尤其是当士兵在高原执行任务时，大量的行李物品将增加氧气的消耗，极易产生高原反应，影响任务完成质量。助力携行具通过降低其能量消耗以缓解在此过程中产生的不适，提高作业效率。与此同时，助力携行具的体积小，行动灵活，可控性强的优点也使得它较传统的运输交通工具更具优势。诚然，装甲车、越野车这类运输工具动力更足，能携带大量军事装备，并且人们在此领域已经进行了许多年的探索，理论和实践都更为成熟。但是在现代化军事对抗中，此类工具目标过大，极易成为敌军的瞄准目标，而军备一经摧毁对战役局势的影响是巨大的[4]。对比之下，助力携行具体积只有装甲车的几百分之一，甚至可以达到上千分之一。倘若在助力携行具的外形上施以一定的伪装，则可使其协助士兵完成隐蔽突袭。电动助力携行具的第二个优势是：它属于单兵携行装置，灵活性好，使得军备触手可及，更适应突发状况。在新时代的要求下，助力携行具还衍生出了许多新的功能，较高的安全性也是它的一个新亮点。在陡峭地段行军时，由于脚下路面不平，负重士兵极可能被绊倒，助力携行具能为士兵提供稳定的助力和支持，尽可能降低危险事故发生的概率，保障士兵的生命安全[5]。

助力携行具的使用性很广，不仅仅能应用在军事领域，也可将其投入日常使用，为老人或是残疾人提供便利。第六次全国人口普查数据显示，截止2010年末，中国已经成为世界上残疾人人数最多的国家。根据全国残疾人抽样调查可以推算，中国肢体残疾人数高达2472万人[6]。设计相应的电动助力携行具可降低肌肉负荷，帮助肢体残疾者进行日常活动。助力携行具的感受装置能即时测量外界的运动信号，如速度、坡度、方位角等运动量，并不断反馈给控制器，再由控制器控制驱动装置，为残疾使用者提供所需的助力。

除此之外，面对自然灾害，救援人员可利用助力携行具携带重达100kg的救援物资。同时，依靠此装备帮助能高效率地进行废墟和坍塌道路的清理工作，极大程度地提高救灾的效率。

现阶段国外研究的主流助力携行机构主要是外骨骼机器人。其典型代表是由加州大学伯克利分校研发的“伯克利下肢外骨骼”机器人以及由日本驻波大学研发的HAL系助行机构。这些机构通常通过金属腿外架支撑，通过与人体相连的传感器，检测人体肌肉硬度，并将信号反馈到控制器进行分析，输出关节所需力矩。此类助力携行结构及控制电路复杂，传感器繁多，投入实际大规模生产的成本极高，因此仍然处于探索改进的实验室阶段[7-9]。