本文中我愛方案網(wǎng)將給大家介紹下肢外骨骼機(jī)器人方案。

如需開發(fā)相關(guān)項目，快包可提供技術(shù)團(tuán)隊對接服務(wù)。

方案背景

我國行走不便患者數(shù)量呈逐年上升的趨勢，其中主要包括行走不便的老人及偏癱、截癱病人，而目前使用的康復(fù)設(shè)備，未能滿足這一巨大需求：首先，很多康復(fù)設(shè)備在使用中需要多個看護(hù)人員協(xié)作，用人力幫助病患擺動肢體，費(fèi)時費(fèi)力；其次，很多設(shè)備對病患使用過程中的生理狀態(tài)缺乏跟蹤，而病患身體情況千差萬別；再次，某些復(fù)雜設(shè)備的準(zhǔn)備時間極長，效率低，維護(hù)成本很高；最后，現(xiàn)有康復(fù)手段對場地和環(huán)境要求很高。20 世紀(jì)末，外骨骼機(jī)器人重新得到世界各國的關(guān)注，其中下肢康復(fù)用外骨骼機(jī)器人可以實現(xiàn)穩(wěn)定步態(tài)，從而具備一個看護(hù)人員照看多個病人、同步記錄病人生理狀態(tài)、穿戴簡便、省時省力以及訓(xùn)練可以因地制宜等多個優(yōu)勢。

下肢骨骼機(jī)器人在民用領(lǐng)域有非常廣闊的市場，應(yīng)用較為廣泛，主要包括協(xié)助下肢癱瘓患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練、為殘障人士及老年人的日常生活提供輔助功能等。隨著全球人口老齡化問題的日益嚴(yán)重，以及發(fā)達(dá)國家勞動力的缺失，歐美、日本等國，尤其是日本，對各種輔助機(jī)器人的研究表現(xiàn)出極大的興趣。

美國Berkeley Bionics以HULC外骨骼模型為基礎(chǔ)，開發(fā)了eLegs （Ekso）外骨骼系統(tǒng)，于2011年應(yīng)用于部分康復(fù)中心，可能在2013年上市銷售。

以色列埃爾格醫(yī)學(xué)技術(shù)公司機(jī)械長褲ReWalk的研發(fā)主要是希望癱瘓病人能夠擺脫輪椅，像正常人一樣行走。這套裝置已于2011年開始在世界范圍內(nèi)發(fā)售。

日本筑波大學(xué)開發(fā)的HAL系列下肢運(yùn)動輔助外骨骼，是目前研究較為成熟的下肢柔性外骨骼系統(tǒng)。該系統(tǒng)能探查到大腦傳出的微弱的肌肉信號，進(jìn)而控制肌肉運(yùn)動。可以預(yù)見，在老齡化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重的今天，這種助力機(jī)器人將擁有非常廣闊的市場空間?；谶@種需求，中科院集成所團(tuán)隊開發(fā)了這款下肢外骨骼機(jī)器人方案。

方案構(gòu)架：本體+控制部分+傳感

該項目的研究目標(biāo)是研制能夠輔助老人以及體弱者正常行走的穿戴式下肢外骨骼機(jī)器人樣機(jī)，并且通過與醫(yī)療結(jié)構(gòu)合作將其應(yīng)用于下肢殘障人士的康復(fù)工程。它主要分為機(jī)器人本體和控制部分，傳感部分三大部分。

A.機(jī)器人本體：

如上圖所示，下肢助行外骨骼機(jī)器人由2大部分組成，主體結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備。主體結(jié)構(gòu)為“穿戴”在人體身上的外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)有6個關(guān)節(jié)，共具有10個自由度，其中膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的前后運(yùn)動是主動運(yùn)動，由電機(jī)驅(qū)動，腳踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)的左右運(yùn)動為被動運(yùn)動。背部固定有控制裝置以及電源系統(tǒng)。機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。

B.控制系統(tǒng)：
本項目的目標(biāo)下肢外骨骼機(jī)器人將具備安全可靠的行走步態(tài)控制技術(shù)。首先通過放置于足底的壓力傳感器以及髖、膝關(guān)節(jié)的角加速度傳感器，對機(jī)器人的步態(tài)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)進(jìn)行精確的判斷，然后通過額外的壓力傳感器，獲取機(jī)器人與人體的相對狀態(tài)，由于機(jī)器人與人體相當(dāng)于兩個相連的獨(dú)立轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，我們需要采用阻抗控制來強(qiáng)化機(jī)器人對人體關(guān)節(jié)運(yùn)動的增益作用，同時遏制機(jī)器人對人體關(guān)節(jié)運(yùn)動的阻礙作用，最后，通過路徑控制器實現(xiàn)機(jī)器人的軌跡跟蹤，從而建立完整的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。

C.傳感系統(tǒng)：
1.人體足底與外骨骼鞋底之間的壓變電阻式壓力傳感器；
2.小腿與外骨骼之間的高靈敏度壓力傳感器；
3.膝關(guān)節(jié)角加速度傳感器；
4.髖關(guān)節(jié)角加速度傳感器。

方案功能

在下肢外骨骼機(jī)器人上實現(xiàn)以下主要功能：

（a）通過對人體下肢運(yùn)動特征的采集和分析，該機(jī)器人可以模擬人體的完整步態(tài)；
（b）通過控制機(jī)器人關(guān)節(jié)處的伺服電機(jī)，結(jié)合符合人體工學(xué)的設(shè)計，實現(xiàn)對老人以及體弱者行走助力；
（c）通過與醫(yī)療結(jié)構(gòu)的合作，充分考慮醫(yī)護(hù)人員與病患的需要，可以應(yīng)用于下肢殘障人士的康復(fù)訓(xùn)練；
（d）在主體架構(gòu)、控制算法等軟硬件設(shè)計層面加入多重安全防護(hù)功能，建立包括危險預(yù)防和危險應(yīng)急處理的綜合安全保護(hù)策略；
（e）通過智能拐杖等外部輔助設(shè)備，提高穿戴者的使用體驗，并提供一個可擴(kuò)展的平臺，針對老人、體弱者及殘障人士集成跌倒檢測、危險報警、智能遙控等實用功能。

關(guān)于快包與“產(chǎn)學(xué)研”

產(chǎn)學(xué)研即產(chǎn)業(yè)、學(xué)校、科研機(jī)構(gòu)等相互配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，形成強(qiáng)大的研究、開發(fā)、生產(chǎn)一體化的先進(jìn)系統(tǒng)并在運(yùn)行過程中體現(xiàn)出綜合優(yōu)勢。 產(chǎn)學(xué)研合作是指企業(yè)、科研院所和高等學(xué)校之間的合作，通常指以企業(yè)為技術(shù)需求方，與以科研院所或高等學(xué)校為技術(shù)供給方之間的合作，其實質(zhì)是促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新所需各種生產(chǎn)要素的有效組合。

快包一直致力推動智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，通過構(gòu)建外包平臺的形式促進(jìn)智能產(chǎn)品方案供需雙方的合作。如今快包攜手“產(chǎn)學(xué)研”旨在讓科研走進(jìn)市場。為此快包整理了一系列來自研究機(jī)構(gòu)以及高校的科研團(tuán)隊資料，推出大型產(chǎn)學(xué)研系列專題文章。通過展示他們的項目案例促進(jìn)智能產(chǎn)業(yè)界對他們更深層次的了解。這些團(tuán)隊能夠提供攻堅技術(shù)和前沿核心技術(shù)，精準(zhǔn)解決一些較大企業(yè)的技術(shù)實現(xiàn)難題。

欲對接產(chǎn)學(xué)研項目，請聯(lián)系：kb@52solution.com 或 400-085-2125