中科院：柔性外骨骼機器人研究取得新進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)沈陽(yáng)自動(dòng)化所）科研人員面向手部康復，設計了一種具有靈巧操作能力的柔性手部外骨骼機器人；面向下肢助力，提出了一種新的非時(shí)間域助力控制方法。相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì )機器人匯刊》（IEEE Transactions on Robotics，簡(jiǎn)稱(chēng)T-RO）。

據了解，柔性外骨骼機器人作為新興的智能運動(dòng)輔助設備，可穿戴在人的身體上，輔助人體運動(dòng)，為失能或半失能人群提供一種智能化的康復訓練新模式。與傳統的剛性外骨骼機器人相比，柔性外骨骼機器人具有本體輕質(zhì)、穿戴舒適、穿脫方便等優(yōu)勢。

然而，柔性外骨骼機器人與人同體的緊密作業(yè)方式，以及柔性材質(zhì)低帶寬的原生缺陷，使其對機器人集成技術(shù)、人機交互控制方法提出了挑戰。

手部康復是卒中患者康復亟需的也是最難的階段。目前的柔性手部外骨骼機器人只能實(shí)現簡(jiǎn)單的抓握輔助，通常無(wú)法恢復人體手部運動(dòng)的靈巧性。

為此，沈陽(yáng)自動(dòng)化所科研人員設計了一種具有完全拇指運動(dòng)功能的柔性手部外骨骼機器人，可提升腦卒中患者手部的靈活性。

科研人員在對人體骨骼肌肉驅動(dòng)機理分析的基礎上，優(yōu)化混合驅動(dòng)配置，以最少的驅動(dòng)器數量實(shí)現人手拇指三維運動(dòng)，輔助中風(fēng)患者完成拇指環(huán)、抓、捏、松、寫(xiě)等各種訓練任務(wù)，改善了運動(dòng)姿態(tài)，極大提升了指尖力水平，為患者實(shí)現正常生活提供了可能。

站立行走功能是人生活自理功能的必要條件。針對目前柔性下肢外骨骼機器人無(wú)法適應不同人體步態(tài)、步速、步頻等問(wèn)題，沈陽(yáng)自動(dòng)化所科研人員提出了一種可持續融合小腿擺角與足壓信息的狀態(tài)域助力控制方法。

該方法利用高斯模型在線(xiàn)擬合人體站立相的小腿擺角與足壓數據，生成與穿戴者運動(dòng)狀態(tài)連續對應的助力曲線(xiàn)，保證機器人對急停、急變速等人體運動(dòng)任務(wù)的高適應性與順應性。實(shí)驗表明，該方法縮短了穿戴者對外骨骼機器人的適應時(shí)間，降低了人體能量消耗，實(shí)現了穿戴者對機器人助力模式的自主、連續、隨意控制。

IEEE Transactions on Robotics（T-RO）審稿專(zhuān)家認為，該方法是一種“可根本性解決目前外骨骼機器人控制系統時(shí)域依賴(lài)性問(wèn)題的技術(shù)途徑”?！　?/span>

A：下肢柔性外骨骼機器人系統 B：人體運動(dòng)擺角與關(guān)節力矩間的高斯變化規律（沈陽(yáng)自動(dòng)化所 供圖）

《中國科學(xué)報》從沈陽(yáng)自動(dòng)化所獲悉，這支科研團隊在外骨骼機器人、腦肌電信號解碼與智能人機交互等研究領(lǐng)域深耕多年，已研制出面向老年人、患者人群的多類(lèi)康復機器人系統平臺。

來(lái)源：中國科學(xué)報