“自平衡外骨骼機器人針對高位截癱患者的日常助行研發，是國內首款可以在無柺杖支撐條件下，實現自平衡行走的外骨骼機器人。”近日，在接受深圳商報&讀創記者採訪時，深圳先進院的工程師何勇如此說道。
何勇所在的團隊屬於深圳先進技術研究院智能仿生中心，該中心專注於外骨骼機器人的研發，目前已研製出4種類型6個型號的外骨骼機器人。與中心現有的其他外骨骼機器人不同，何勇在研的自平衡外骨骼機器人，將實現的是全自主平衡行走，無需藉助外力，高位截癱患者通過意念就能下達行走指令。
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高位截癱也可自如行走
外骨骼機器人屬於“可穿戴機器人”，是基於仿生學和人體工程學的設計，將傳感、控制、信息融為一體，輔助肢體殘疾患者行走和站立的智能化機械裝置。
何勇介紹，現有的外骨骼機器人通常採用手推車、柺杖等輔助工具支撐穿戴者保持平衡，對穿戴者上肢力量要求高，而上肢也失去運動機能的高位截癱患者則無法使用。
“自平衡外骨骼機器人的最大特點，是將雙足機器人與外骨骼機器人的技術相結合，使用過程中無需額外的支撐，就能實現自平衡行走的性能。”
何勇告訴記者，傳統的外骨骼機器人大多隻為下肢的膝關節和髖關節提供助力，由於每條腿的驅動自由度不足，導致無法實現自主平衡的自然步態，而自平衡外骨骼機器人，在每條腿上採用五個驅動自由度，基本滿足自然行走的需求。
如何將雙足機器人的功能與外骨骼機器人相融合，是該研究的最大難點之一。何勇告訴記者，波士頓動力等公司研發的雙足機器人，只需管理機器人自身，而用於殘疾患者的機器人，則需要考慮到人體的干擾和患者的安全問題，這也是團隊下一步的研究重點，通過算法實現機器人在人體擾動下的平衡行走。
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意念控制雙腿“自動駕駛”
傳統外骨骼機器人由於需要上肢配合，患者經過長期訓練後才能適應機器人的穿戴、柺杖控制平衡等，而何勇在研的自平衡外骨骼機器人，最終目標是實現快速穿戴，且無需人體其他部位協調，“就像開自動駕駛汽車一樣，只不過是用意念控制的雙足車”。
據何勇介紹，該機器人包含了機器視覺、人機交互、控制器及傳感器四大系統。
自平衡外骨骼機器人
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機器人通過視覺系統對行走環境進行3D場景重構，規劃好合理行走路徑後，通過AR眼鏡或交互屏提供給患者選擇；
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人機交互系統將提取患者行為意圖的腦信號，並轉化為步態指令，發送給控制器；
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作為機器人的核心決策層，控制器接收步態指令後，將根據多傳感器反饋的外部環境及自身狀態，指揮機器人平穩行走。
“意念控制也是研發的難點之一。腦電帶寬較窄，目前只能實現前後左右等大方向的控制，而具體路線怎麼走，每步跨多大，則需要靠機器人自身進行軌跡規劃。”
何勇稱，腦電中夾雜許多雜亂信號，且對環境干擾十分敏感，如何把有效信號識別出來，保證快速、穩定的信號輸出，是下一步的突破研究對象。
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第一代樣機已經完成
目前深圳先進院研發的自平衡外骨骼機器人第一代樣機已經完成，處於實驗測試階段。
據何勇介紹，該款機器人共有10個全驅動自由度，採用模塊化關節設計，多處關節間距可調節，適用於身高160釐米至180釐米、體重70公斤以內的患者，可協助截癱患者完成行走、坐下、起立及上下樓梯等日常動作。
何勇表示，2019年將繼續改進樣機，使機器人的重量分配更合理，行走過程更平穩，穿戴體驗更舒適。至於成本方面，何勇坦言，外骨骼機器人產業化程度低，好的驅動器和電機等零部件還需從國外進口，售價因此居高不下，團隊正在嘗試尋找國產零部件作為替代，以降低製造成本。
根據全國殘疾人抽樣調查數據，我國肢體殘疾人數超過2400萬。但《2016年中國殘疾人事業發展統計公報》顯示，截至2016年，全國有殘疾人康復機構7858個，僅有135.7萬肢體殘疾者得到基本康復服務。外骨骼機器人面世後，輔助醫療康復將讓更多的肢體殘疾人士受益，據業內人士測算，未來這一市場將達到千億級容量。
來源 深圳商報
讀創/深圳商報記者 嚴偲偲
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