多地形環(huán)境下無(wú)拐支撐的新一代步行外骨骼機(jī)器人

基于技術(shù)的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院先進(jìn)機(jī)器人應(yīng)用工程技術(shù)中心在人機(jī)混合智能的生機(jī)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)一體化關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破，實(shí)現(xiàn)解讀操作主體的行為意圖，穿戴機(jī)器人對(duì)于周圍環(huán)境感知，通過(guò)多源物理量檢測(cè)與環(huán)境感知反饋，建立穿戴外骨骼機(jī)器人主動(dòng)認(rèn)知智能；并綜合人機(jī)兩方面認(rèn)知結(jié)果，形成人機(jī)協(xié)同混合增強(qiáng)智能，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)可外骨骼機(jī)器人的直覺(jué)控制。

全方位改進(jìn)了外骨骼機(jī)械設(shè)計(jì)、控制算法和擬人化的步態(tài)，攻克關(guān)鍵技術(shù)，完成了新一代下肢康復(fù)外骨骼機(jī)器人自主研發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)拐杖輔助下平地行走、跨越障礙、轉(zhuǎn)彎以及上下樓梯等場(chǎng)景，幫助穿戴者釋放上肢負(fù)擔(dān)，擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)范圍、增加平衡性和安全性。這將是新一代在無(wú)拐杖支撐條件下實(shí)現(xiàn)多地形環(huán)境下步行康復(fù)外骨骼機(jī)器人，推進(jìn)了我國(guó)外骨骼機(jī)器人在康復(fù)醫(yī)療行業(yè)的快速發(fā)展。

該款機(jī)器人基于仿生學(xué)和人體工程學(xué)自主研發(fā)的一款智能可穿戴式下肢外骨骼機(jī)器人，重約40kg，能夠根據(jù)不同穿戴者的身高進(jìn)行調(diào)節(jié)，與穿戴者進(jìn)行很好的貼合。它是目前國(guó)內(nèi)自由度數(shù)最多的外骨骼機(jī)器人，下肢自由度多達(dá)10個(gè)，其中8個(gè)主動(dòng)自由度，包括膝關(guān)節(jié)的收縮和伸展，髖關(guān)節(jié)的收縮和伸展、內(nèi)收和外展以及外旋和內(nèi)旋，2個(gè)被動(dòng)自由度分布在踝關(guān)節(jié)。該款外骨骼機(jī)器人也集成了多種傳感器，如足底力傳感器、姿態(tài)傳感器以及絕對(duì)值編碼器等，通過(guò)多傳感器信息融合，使得該款外骨骼機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中更加穩(wěn)定和安全。

新一代步行外骨骼機(jī)器人優(yōu)勢(shì)

與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研制的各類外骨骼機(jī)器人相比，新一代步行外骨骼機(jī)器人具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、輕松使用：（1）擬人仿生步態(tài)，按照人體走路模式，實(shí)現(xiàn)多地形運(yùn)動(dòng)，平地，曲線轉(zhuǎn)彎、跨越障礙，上下樓梯。（2）在無(wú)任何拐杖輔助，穿戴機(jī)器人維持穿戴者與機(jī)器人整體平衡與重心轉(zhuǎn)移，輕松行走。

2、穿戴舒適：（1）使用者可獨(dú)立穿脫、根據(jù)穿戴者升高調(diào)整。（2）適應(yīng)所有使用者腿部外形，減少骨折、壓瘡等風(fēng)險(xiǎn)。

3、關(guān)鍵技術(shù)：（1）自適應(yīng)區(qū)域控制方法：根據(jù)人體意圖調(diào)整下肢關(guān)節(jié)約束通道，實(shí)現(xiàn)不同地形自由切換控制。（2）人機(jī)博弈分享控制：感知人體COM位置變化，在安全情況下，機(jī)器人柔性順應(yīng)人體前進(jìn)速度或者在危險(xiǎn)情況下，約束人體前進(jìn)速度。

科技總是在奔涌向前，隨著國(guó)內(nèi)高校、科研院所、優(yōu)秀企業(yè)等的不斷研究，在不遠(yuǎn)的將來(lái)一定會(huì)有更高級(jí)智能人機(jī)交互、更加靈活舒適運(yùn)動(dòng)功能的外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品投入市場(chǎng)，造福普羅大眾。