“自平衡外骨骼机器人针对高位截瘫患者的日常助行研发，是国内首款可以在无拐杖支撑条件下，实现自平衡行走的外骨骼机器人。”近日，在接受深圳商报&读创记者采访时，深圳先进院的工程师何勇如此说道。
何勇所在的团队属于深圳先进技术研究院智能仿生中心，该中心专注于外骨骼机器人的研发，目前已研制出4种类型6个型号的外骨骼机器人。与中心现有的其他外骨骼机器人不同，何勇在研的自平衡外骨骼机器人，将实现的是全自主平衡行走，无需借助外力，高位截瘫患者通过意念就能下达行走指令。
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高位截瘫也可自如行走
外骨骼机器人属于“可穿戴机器人”，是基于仿生学和人体工程学的设计，将传感、控制、信息融为一体，辅助肢体残疾患者行走和站立的智能化机械装置。
何勇介绍，现有的外骨骼机器人通常采用手推车、拐杖等辅助工具支撑穿戴者保持平衡，对穿戴者上肢力量要求高，而上肢也失去运动机能的高位截瘫患者则无法使用。
“自平衡外骨骼机器人的最大特点，是将双足机器人与外骨骼机器人的技术相结合，使用过程中无需额外的支撑，就能实现自平衡行走的性能。”
何勇告诉记者，传统的外骨骼机器人大多只为下肢的膝关节和髋关节提供助力，由于每条腿的驱动自由度不足，导致无法实现自主平衡的自然步态，而自平衡外骨骼机器人，在每条腿上采用五个驱动自由度，基本满足自然行走的需求。
如何将双足机器人的功能与外骨骼机器人相融合，是该研究的最大难点之一。何勇告诉记者，波士顿动力等公司研发的双足机器人，只需管理机器人自身，而用于残疾患者的机器人，则需要考虑到人体的干扰和患者的安全问题，这也是团队下一步的研究重点，通过算法实现机器人在人体扰动下的平衡行走。
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意念控制双腿“自动驾驶”
传统外骨骼机器人由于需要上肢配合，患者经过长期训练后才能适应机器人的穿戴、拐杖控制平衡等，而何勇在研的自平衡外骨骼机器人，最终目标是实现快速穿戴，且无需人体其他部位协调，“就像开自动驾驶汽车一样，只不过是用意念控制的双足车”。
据何勇介绍，该机器人包含了机器视觉、人机交互、控制器及传感器四大系统。
自平衡外骨骼机器人
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机器人通过视觉系统对行走环境进行3D场景重构，规划好合理行走路径后，通过AR眼镜或交互屏提供给患者选择；
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人机交互系统将提取患者行为意图的脑信号，并转化为步态指令，发送给控制器；
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作为机器人的核心决策层，控制器接收步态指令后，将根据多传感器反馈的外部环境及自身状态，指挥机器人平稳行走。
“意念控制也是研发的难点之一。脑电带宽较窄，目前只能实现前后左右等大方向的控制，而具体路线怎么走，每步跨多大，则需要靠机器人自身进行轨迹规划。”
何勇称，脑电中夹杂许多杂乱信号，且对环境干扰十分敏感，如何把有效信号识别出来，保证快速、稳定的信号输出，是下一步的突破研究对象。
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第一代样机已经完成
目前深圳先进院研发的自平衡外骨骼机器人第一代样机已经完成，处于实验测试阶段。
据何勇介绍，该款机器人共有10个全驱动自由度，采用模块化关节设计，多处关节间距可调节，适用于身高160厘米至180厘米、体重70公斤以内的患者，可协助截瘫患者完成行走、坐下、起立及上下楼梯等日常动作。
何勇表示，2019年将继续改进样机，使机器人的重量分配更合理，行走过程更平稳，穿戴体验更舒适。至于成本方面，何勇坦言，外骨骼机器人产业化程度低，好的驱动器和电机等零部件还需从国外进口，售价因此居高不下，团队正在尝试寻找国产零部件作为替代，以降低制造成本。
根据全国残疾人抽样调查数据，我国肢体残疾人数超过2400万。但《2016年中国残疾人事业发展统计公报》显示，截至2016年，全国有残疾人康复机构7858个，仅有135.7万肢体残疾者得到基本康复服务。外骨骼机器人面世后，辅助医疗康复将让更多的肢体残疾人士受益，据业内人士测算，未来这一市场将达到千亿级容量。
来源 深圳商报
读创/深圳商报记者 严偲偲
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