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中科大研发出新一代外骨骼机器人一秒变身“钢铁侠”

大学仕 2020-05-14 14:09

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5月13日，中科大先研院李智军教授团队开发多地形环境下无拐支撑的新一代步行外骨骼机器人，推进了我国外骨骼机器人在康复医疗行业的快速发展。

据介绍，该款机器人基于仿生学和人体工程学自主研发的一款智能可穿戴式下肢外骨骼机器人，重约40kg，能够根据不同穿戴者的身高进行调节，与穿戴者进行很好的贴合。它是目前国内自由度数最多的外骨骼机器人，下肢自由度多达10个，其中8个主动自由度，包括膝关节的收缩和伸展，髋关节的收缩和伸展、内收和外展以及外旋和内旋，2个被动自由度分布在踝关节。

此外，该款外骨骼机器人也集成了多种传感器，如足底力传感器、姿态传感器以及绝对值编码器等，通过多传感器信息融合，使得该款外骨骼机器人在运行过程中更加稳定和安全。
与当前国内外研制的各类外骨骼机器人相比，新一代步行外骨骼机器人不仅可以模拟人体走路模式，还能实现无拐杖辅助下平地行走、跨越障碍、转弯以及上下楼梯等场景，帮助穿戴者释放上肢负担，扩大运动范围、增加平衡性和安全性。

人人都梦想着拥有“钢铁侠”一般的外骨骼战甲，增强自身的肌肉和行动，还可以帮助下肢不便甚至瘫痪的人重获行走能力。近些年科技的飞速发展，让这项外骨骼技术已经走进了我们真实的生活。特别是在医疗领域，集人工智能、机器人、生物医学工程等技术于一身的外骨骼机器人是中风、脊髓损伤引起的运动障碍康复训练的重要技术手段和方法。根据美国市场调研机构WINTERGREENRESEARCH的报告，康复机器人行业规模未来几年将实现高速增长，2021年有望达到32亿美元。

与传统的康复手法对比，通过穿戴外骨骼机器人进行训练有着许多不可比拟的优势。通过模拟正常的行走周期，提供了重复性的功能运动，进一步改善神经损伤患者的肌肉力量和运动协调性。相较于患者在平地或者平衡杠内训练，外骨骼也成功地解决了“患侧和健侧步幅差过大”、“步态不对称性”等突出问题。对于上运动神经元损伤的偏瘫患者而言，设备带动下肢的髋、膝关节进行大量的屈伸运动，可促进髋、膝关节的分离运动;对痉挛肌群的牵拉可以抑制异常的运动模式，从而达到调节肌张力和预防异常步态的目的。通过分析悠行外骨骼机器人大量的临床数据，除了在提高下肢运动功能方面有明显疗效，在强化肢体深浅感觉输入刺激、改善焦虑抑郁情绪等评估项目中也有显著的治疗效果。

悠行外骨骼机器人是国内最早将行走意图检测技术应用到机器人产品上的。外骨骼需要与人体接触，通过传感器收集人体行走的意图，进行物理信号反馈。而如何准确获得这个意图，正是外骨骼机器人研发的难点。而攻克了这一点，程天来便已经实现了国内行业的技术领先。悠行外骨骼机器人在协助患者行走的过程中无需患者按键操控，全部动作由患者的行走意图来触发。在机器层面进一步优化了人机互动，更利于患者触发迈步，将控制的主动权给与患者，化“被动”为主动模式，提高了训练过程中的积极性。
（文章来源贤集网）

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