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研究背景據(jù)2019年國家統(tǒng)計(jì)局[2]統(tǒng)計(jì)，截止至2018年末，65歲及以上人口為16658萬人，占總?cè)丝诘?1.9%。老年人可能會(huì)出現(xiàn)腿部肌肉力量不足的現(xiàn)象，甚至于心理方面的問題。本項(xiàng)目解決了傳統(tǒng)外骨骼存在問題電機(jī)位于關(guān)節(jié)附近導(dǎo)致：1. 自身重量較大2. 附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大剛性機(jī)構(gòu)擬合關(guān)節(jié)導(dǎo)致：3. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜4. 協(xié)調(diào)控制難設(shè)計(jì)一款便攜、輕質(zhì)、低附加慣量、良好人機(jī)協(xié)調(diào)性能的外骨骼機(jī)器人，是急需解決的問題。

面對(duì)物流市場(chǎng)規(guī)模壯大趨勢(shì)，設(shè)計(jì)助力外骨骼裝置，解決搬運(yùn)工抬起重物吃力、身體易疲勞問題。 一、項(xiàng)目進(jìn)展 創(chuàng)意計(jì)劃階段 二、負(fù)責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時(shí)間 學(xué)號(hào) 劉棗財(cái) 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 2020.10/2024.6 20483217 丁寧 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 2020.10/2024.6 20482103 張文麗 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 2020.10/2024.6 20402110 殷樂 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 2020.10/2024.6 20497207 三、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 虞晴 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 教師 材料力學(xué) 四、項(xiàng)目簡(jiǎn)介 面對(duì)物流市場(chǎng)規(guī)模壯大趨勢(shì)，設(shè)計(jì)助力外骨骼裝置，解決搬運(yùn)工抬起重物吃力、身體易疲勞問題。

可穿戴康復(fù)外骨骼機(jī)器人是一種可以為行動(dòng)能力缺失人群穿戴的人機(jī)一體化的智能機(jī)電裝備系統(tǒng)，它將人類的“智力”和智能機(jī)電系統(tǒng)的“體力”結(jié)合在一起，根據(jù)人的行為意圖和輔助操作等方式來控制的智能機(jī)器人系統(tǒng)，通過外置可穿戴機(jī)器人來彌補(bǔ)病患受傷平面以下的運(yùn)動(dòng)及感覺能力，完成僅靠病患的自身能力無法單獨(dú)完成的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作和日常生活行動(dòng)。 根據(jù)目前醫(yī)療市場(chǎng)上對(duì)于康復(fù)累器具需求的不斷增長(zhǎng)，針對(duì)目前國內(nèi)在外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的空白現(xiàn)狀，著眼于研發(fā)康復(fù)醫(yī)療用的可穿戴式外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 該系統(tǒng)主要包括產(chǎn)品主要包括綜合控制系統(tǒng)、多傳感器數(shù)據(jù)融合及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸以及人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別系統(tǒng),如下圖所示。外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)中所涉及到的多傳感器數(shù)據(jù)融合、人體步態(tài)識(shí)別及規(guī)劃、人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別以及智能人機(jī)交互等技術(shù)都屬于機(jī)器人領(lǐng)域中的前沿與核心，目前在國內(nèi)是屬于一個(gè)非常新的產(chǎn)品方向。該系統(tǒng)綜合技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，該項(xiàng)目具有新穎性。其優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新之處主要在以下幾點(diǎn)： （1）結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，感知和識(shí)別穿戴者的運(yùn)動(dòng)意圖；（2）先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù)，使外骨骼機(jī)器人能夠與穿戴者完美配合；（3）在智能控制系統(tǒng)

可穿戴康復(fù)外骨骼機(jī)器人是一種可以為行動(dòng)能力缺失人群穿戴的人機(jī)一體化的智能機(jī)電裝備系統(tǒng)，它將人類的“智力”和智能機(jī)電系統(tǒng)的“體力”結(jié)合在一起，根據(jù)人的行為意圖和輔助操作等方式來控制的智能機(jī)器人系統(tǒng)，通過外置可穿戴機(jī)器人來彌補(bǔ)病患受傷平面以下的運(yùn)動(dòng)及感覺能力，完成僅靠病患的自身能力無法單獨(dú)完成的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作和日常生活行動(dòng)。 根據(jù)目前醫(yī)療市場(chǎng)上對(duì)于康復(fù)累器具需求的不斷增長(zhǎng)，針對(duì)目前國內(nèi)在外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的空白現(xiàn)狀，著眼于研發(fā)康復(fù)醫(yī)療用的可穿戴式外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 該系統(tǒng)主要包括產(chǎn)品主要包括綜合控制系統(tǒng)、多傳感器數(shù)據(jù)融合及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸以及人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別系統(tǒng),如下圖所示。外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)中所涉及到的多傳感器數(shù)據(jù)融合、人體步態(tài)識(shí)別及規(guī)劃、人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別以及智能人機(jī)交互等技術(shù)都屬于機(jī)器人領(lǐng)域中的前沿與核心，目前在國內(nèi)是屬于一個(gè)非常新的產(chǎn)品方向。該系統(tǒng)綜合技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，該項(xiàng)目具有新穎性。其優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新之處主要在以下幾點(diǎn)： （1）結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，感知和識(shí)別穿戴者的運(yùn)動(dòng)意圖；（2）先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù)，使外骨骼機(jī)器人能夠與穿戴者完美配合；（3）在智能控制系統(tǒng)的幫助下，外骨骼機(jī)器人能夠自主的輔助穿戴者行走，不需要其他諸如拐杖之類的輔助器具；（4）人體工學(xué)、模塊化的機(jī)械設(shè)計(jì)，具備很好的拓展性和可替換性。 在實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)（Exoskeleton Robot System）平臺(tái)，擬建立外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)體系以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)在脊髓損傷SCI（Spinal Cord Injury）康復(fù)醫(yī)療以及相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，并開展面向多應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)的研究。 康復(fù)醫(yī)療外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)主要包括面向于傷殘人群的外骨骼行走輔助系統(tǒng)，以及面向于康復(fù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的康復(fù)醫(yī)療，訓(xùn)練系統(tǒng)。為截癱等患者實(shí)現(xiàn)站起來夢(mèng)想，進(jìn)行獨(dú)立生活，塑造自我尊嚴(yán)，起著巨大的社會(huì)影響。

本發(fā)明公開了一種可穿戴式助力外骨骼下肢機(jī)構(gòu)，它包括：腰部、左腿、右腿、液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制器、電源模塊；其中，所述右腿和左腿結(jié)構(gòu)相同，分別與腰部鉸接，并對(duì)稱設(shè)置在腰部?jī)蓚?cè)；液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分別與左腿和右腿相連，并對(duì)其進(jìn)行控制；液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)控制器相連；電源模塊對(duì)液壓伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)協(xié)作來完成行走，共有7個(gè)自由度，髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)各有3個(gè)自由度，分別是屈/伸運(yùn)動(dòng)，外展/內(nèi)收，旋內(nèi)/旋外運(yùn)動(dòng)，膝關(guān)節(jié)有1個(gè)的屈/伸運(yùn)動(dòng)的自由度。本發(fā)明機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、穿戴方便、長(zhǎng)度可調(diào)性、適合不同身高體重的人穿戴和外骨骼各關(guān)節(jié)活動(dòng)自如等特點(diǎn)。

本動(dòng)力外骨骼手功能訓(xùn)練器是在分析人手生物學(xué)特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新的外骨骼式機(jī)械手，用于手部功能障礙的腦卒中患者的康復(fù)訓(xùn)練。本技術(shù)集合多種控制模式（語音、肌電信號(hào)、健側(cè)控制）對(duì)動(dòng)力外骨骼手訓(xùn)練器進(jìn)行控制，達(dá)到更好的訓(xùn)練和康復(fù)輔助效果。

成果簡(jiǎn)介： 可穿戴康復(fù)外骨骼機(jī)器人是一種可以為行動(dòng)能力缺失人群穿戴的人機(jī)一體化的智能機(jī)電裝備系統(tǒng)，它將人類的“智力”和智能機(jī)電系統(tǒng)的“體力”結(jié)合在一起，根據(jù)人的行為意圖和輔助操作等方式來控制的智能機(jī)器人系統(tǒng)，通過外置可穿戴機(jī)器人來彌補(bǔ)病患受傷平面以下的運(yùn)動(dòng)及感覺能力，完成僅靠病患的自身能力無法單獨(dú)完成的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作和日常生活行動(dòng)。 根據(jù)目前醫(yī)療市場(chǎng)上對(duì)于康復(fù)累器具需求的不斷增長(zhǎng)，針對(duì)目前國內(nèi)在外骨骼機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的空白現(xiàn)狀，著眼于研發(fā)康復(fù)醫(yī)療用的可穿戴式外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)，并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 該系統(tǒng)主要包括產(chǎn)品主要包括綜合控制系統(tǒng)、多傳感器數(shù)據(jù)融合及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸以及人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別系統(tǒng),如下圖所示。外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)中所涉及到的多傳感器數(shù)據(jù)融合、人體步態(tài)識(shí)別及規(guī)劃、人體運(yùn)動(dòng)意圖識(shí)別以及智能人機(jī)交互等技術(shù)都屬于機(jī)器人領(lǐng)域中的前沿與核心，目前在國內(nèi)是屬于一個(gè)非常新的產(chǎn)品方向。該系統(tǒng)綜合技術(shù)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，該項(xiàng)目具有新穎性。其優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新之處主要在以下幾點(diǎn)： （1）結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，感知和識(shí)別穿戴者的運(yùn)動(dòng)意圖；（2）先進(jìn)的人機(jī)交互技術(shù)，使外骨骼機(jī)器人能夠與穿戴者完美配合；（3）在智能控制系統(tǒng)的幫助下，外骨骼機(jī)器人能夠自主的輔助穿戴者行走，不需要其他諸如拐杖之類的輔助器具；（4）人體工學(xué)、模塊化的機(jī)械設(shè)計(jì)，具備很好的拓展性和可替換性。 在實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)（Exoskeleton Robot System）平臺(tái)，擬建立外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)體系以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)在脊髓損傷SCI（Spinal Cord Injury）康復(fù)醫(yī)療以及相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，并開展面向多應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)的研究。 康復(fù)醫(yī)療外骨骼機(jī)器人系統(tǒng)主要包括面向于傷殘人群的外骨骼行走輔助系統(tǒng)，以及面向于康復(fù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的康復(fù)醫(yī)療，訓(xùn)練系統(tǒng)。為截癱等患者實(shí)現(xiàn)站起來夢(mèng)想，進(jìn)行獨(dú)立生活，塑造自我尊嚴(yán)，起著巨大的社會(huì)影響。

穿戴式肘關(guān)節(jié)外骨骼康復(fù)機(jī)器人是一種便攜式可穿戴的肘關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，主要針對(duì)的人群是偏癱患者，尤其以腦卒中患者并發(fā)的偏癱后遺癥人群為主。本裝置擁有三種訓(xùn)練模式：被動(dòng)訓(xùn)練，主動(dòng)助力訓(xùn)練以及對(duì)側(cè)訓(xùn)練?；颊叽┐鞅狙b置后，可根據(jù)自身情況進(jìn)行不同訓(xùn)練。且裝置具有良好的仿生性能，根據(jù)不同患者的不同情況，可選擇不同的控制模式（語音控制，肌電控制，移動(dòng)終端控制），以滿足患者各種訓(xùn)練需求。

在動(dòng)力大腿假肢控制研究中，如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下“人-機(jī)-環(huán)”協(xié)調(diào)控制是一個(gè)挑戰(zhàn)性難題?，F(xiàn)有研究主要通過各類人機(jī)交互方式來解決上述問題，即期望通過各類人機(jī)界面信號(hào)識(shí)別人體運(yùn)動(dòng)意圖以控制假肢適應(yīng)環(huán)境。但目前人機(jī)界面信號(hào)難以達(dá)到期望中的可靠性和準(zhǔn)確性。人穿戴假肢在環(huán)境中行走是一個(gè)典型的“人-機(jī)-環(huán)”問題，而現(xiàn)有研究缺少“機(jī)”和“環(huán)”之間的鏈路。 該研究探索假肢視覺對(duì)“人-機(jī)-環(huán)”回路的作用機(jī)制，打通“機(jī)”和“環(huán)”之間的鏈路。在運(yùn)動(dòng)過程中，人體視覺神經(jīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)決策，假肢視覺負(fù)責(zé)環(huán)境信息感知，通過人機(jī)信息融合，“長(zhǎng)眼睛”的智能假肢可以在復(fù)雜地形下“預(yù)見性”地規(guī)劃步伐，顯著提高大腿截肢者適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力。

該項(xiàng)目開發(fā)出一種帶有智能助力、可穿戴在行走障礙患者下肢進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練或行走助力的機(jī)器人設(shè)備，主要應(yīng)用于下肢康復(fù)領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)全支撐真實(shí)行走訓(xùn)練方式和在線姿態(tài)反饋實(shí)時(shí)智能引導(dǎo)的全閉環(huán)人機(jī)交互訓(xùn)練模式，能為各種狀態(tài)（不同損傷及恢復(fù)體況）的患者進(jìn)行準(zhǔn)確合理助力、提供正確步態(tài)引導(dǎo)的真實(shí)行走式康復(fù)訓(xùn)練，使患者運(yùn)動(dòng)機(jī)能得到更快更好恢復(fù)，高效提升行走能力。作為國內(nèi)首個(gè)治療改善下肢運(yùn)動(dòng)障礙的特效智能機(jī)器人系統(tǒng)，該產(chǎn)品改變了傳統(tǒng)一對(duì)一人工或半機(jī)械康復(fù)訓(xùn)練治療模式，為患者提供一種廣泛適用的下肢康復(fù)訓(xùn)練科學(xué)手段，極大提升了我國康復(fù)學(xué)科的技術(shù)水平和先進(jìn)性.