提到外骨骼，你可能会想到炫酷的钢铁侠，普通人的身体穿着钢铁战衣便能化身为超能力者，上天入地，无所不能。
外骨骼机器人，他们的共同作用是增强或者扩充人的生理机能，还有一定的保护身体的作用。虽然现实版的钢铁侠目前还无法实现，但医疗康复外骨骼改善了很多残疾人的生活，让残疾人站起来的一刹那，相信很多人都被科技的发展所感动。
德国的一个研究团队开发了一种上肢外骨骼系统ANYexo，可以自主地帮助中度和重度神经损伤患者恢复上半身的功能，支持大范围运动，并能实现精确的触觉交互作用，为康复医疗现状提出了一种有效的解决方案。
ANYexo外骨骼支持躯干、头部、后背以及日常生活中可能用到的运动范围，比如简单的从兜里拿个手机：
挠挠后背：
做一套手部广播体操：
▍解决上肢外骨骼的主要挑战
人体上肢由复杂的骨骼结构组成，上肢外骨骼必须尽可能准确地与人体关节轴对齐，那么，如何复制人体肌肉骨骼结构的运动学和动力学是ANYexo外骨骼设计的重大挑战。
肩部运动是最重要的，既要做到最大限度的运动范围，又要尽可能的轻便、紧凑。肩部关节包括肩胸关节、肩锁关节、盂肱关节和胸锁关节，大多数上肢外骨骼的研究仅考虑了模拟盂肱关节的三自由度（DOF）机制，但盂肱关节具有瞬时的旋转中心，该旋转中心随人类上肢的运动而变化。因此，在建模外骨骼肩部机构时，需要适应动态旋转中心的影响。
肩复合体的主要运动是肩外展/内收，内/外旋转和肩屈/伸展。ANYexo上肢外骨骼设计为与人的上肢平行运行，并在多个位置连接到人的手臂，这需要机器人适应不同的手臂长度。
▍高精度触觉交互，人体柔性跟随
为了激活机器人的关节，研究人员使用了模块化系列弹性致动器，可以为外骨骼的扭矩控制和抗干扰方面提供高精度，从而实现触觉交互。
怎么利用触觉交互呢？在没有任何外力的情况下，ANYexo的外骨骼机械臂可以伸直“飘”在控制，但如果你用手轻轻碰一下ANYexo，它会立刻做出反应：
当把39g的负载加在ANYexo上，感受到外力后，机械臂立刻向下弯曲：
高精度的触觉交互让患者在使用外骨骼时，可以轻松根据身体意愿进行康复，它会柔和的跟随身体运动。
实现触觉交互有两大功臣：制作材料铝和碳纤维的轻型轻量化是功臣之一，外骨骼整体加起来不到13kg；另一个功臣则是柔性控制策略。
在说柔性控制策略之前，大家可以想一下，如果想要控制机械臂到达你想要的位置，你可能会想到位置控制，但位置控制的前提是，理想位置已知，也就是说，需要提前知道机械臂运动的理想轨迹。但是这个问题在外骨骼机器人上，由于目标任务是让外骨骼跟随人体运动，而人体想怎么动很难量化。
因此，要满足外骨骼和人体柔顺跟随的要求，就要用柔性控制方法，ANYexo采用了低阻抗扭矩控制，这是一种调节机器人的位置和交互力之间的动态关系-阻抗模型。大体思路是：用常规方法控制外骨骼的运动，同时在运动受到干扰而偏移的时候，根据偏移量，输出一个反向的力。也就是先规划运动，再由运动偏移量决定反力。
▍多个优先级任务编程，避免碰撞更安全
当外骨骼在执行不同任务时，如何定义任务的优先级呢？
外骨骼执行的任务：
平等约束
不平等约束
辅助扭矩
被动运动范围限制
辅助力
治疗时的运动范围任务空间
跟踪手部位置
相互作用力极限
手部运动速度
避免碰撞
协同约束
稳定性约束
ANYexo采用了四足机器人常用的分级优化策略（hierarchicaloptimization），以一定的优先级定义不同的任务，保证低优先级不会阻碍高优先级的任务。
可以用一个简单的示例理解它，比如设定外骨骼在运动时避免碰撞，那么“避免碰撞”的优先级要高于“运动任务”，当外骨骼肩部的执行器远离头部时，可以大范围运动；一旦该执行器离头部太近，触发高优先级任务“避免碰撞”，此时外骨骼会减小运动范围，以避免执行器撞到患者的头部。
▍不断进化的外骨骼机器人
外骨骼在现实世界中，已经有了超过50年的研制历史。
除了像ANYexo这样用于医疗康复的外骨骼外，在军事、工业甚至日常生活中均出现了它的身影。
比如去年火爆网络的助力外骨骼外卖小哥。
还有穿上外骨骼的女军医护士，瞬间变身“大力士”， 背起140斤重的伤员健步如飞，还能小跑。
外骨骼机器人的发展已经进入爆发期，正在不断进化。除了在军事上的应用，各国都在投入资金使其商业化，同时国内也有很多企业开始在生产中使用到外骨骼机器人。
科技改变生活，也许有一天，我们人人都能穿上外骨骼成为钢铁侠。
▍参考链接
https://www.roboticgizmos.com/anyexo/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8755457
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