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面對物流市場規(guī)模壯大趨勢，設(shè)計助力外骨骼裝置，解決搬運工抬起重物吃力、身體易疲勞問題。 一、項目進展 創(chuàng)意計劃階段 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)時間 學(xué)號 劉棗財 機器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 2020.10/2024.6 20483217 丁寧 機器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 2020.10/2024.6 20482103 張文麗 機器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 2020.10/2024.6 20402110 殷樂 機器人產(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 機器人產(chǎn)業(yè)學(xué)院 教師 材料力學(xué) 四、項目簡介 面對物流市場規(guī)模壯大趨勢，設(shè)計助力外骨骼裝置，解決搬運工抬起重物吃力、身體易疲勞問題。

可穿戴康復(fù)外骨骼機器人是一種可以為行動能力缺失人群穿戴的人機一體化的智能機電裝備系統(tǒng)，它將人類的“智力”和智能機電系統(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器人系統(tǒng)，通過外置可穿戴機器人來彌補病患受傷平面以下的運動及感覺能力，完成僅靠病患的自身能力無法單獨完成的康復(fù)訓(xùn)練動作和日常生活行動。 根據(jù)目前醫(yī)療市場上對于康復(fù)累器具需求的不斷增長，針對目前國內(nèi)在外骨骼機器人產(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器人系統(tǒng)，并最終實現(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)融合及實時數(shù)據(jù)傳輸以及人體運動意圖識別系統(tǒng),如下圖所示。外骨骼機器人系統(tǒng)中所涉及到的多傳感器數(shù)據(jù)融合、人體步態(tài)識別及規(guī)劃、人體運動意圖識別以及智能人機交互等技術(shù)都屬于機器人領(lǐng)域中的前沿與核心，目前在國內(nèi)是屬于一個非常新的產(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，該項目具有新穎性。其優(yōu)勢創(chuàng)新之處主要在以下幾點： （1）結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，感知和識別穿戴者的運動意圖；（2）先進的人機交互技術(shù)，使外骨骼機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)外骨骼機器人是一種可以為行動能力缺失人群穿戴的人機一體化的智能機電裝備系統(tǒng)，它將人類的“智力”和智能機電系統(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器人系統(tǒng)，通過外置可穿戴機器人來彌補病患受傷平面以下的運動及感覺能力，完成僅靠病患的自身能力無法單獨完成的康復(fù)訓(xùn)練動作和日常生活行動。 根據(jù)目前醫(yī)療市場上對于康復(fù)累器具需求的不斷增長，針對目前國內(nèi)在外骨骼機器人產(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器人系統(tǒng)，并最終實現(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)融合及實時數(shù)據(jù)傳輸以及人體運動意圖識別系統(tǒng),如下圖所示。外骨骼機器人系統(tǒng)中所涉及到的多傳感器數(shù)據(jù)融合、人體步態(tài)識別及規(guī)劃、人體運動意圖識別以及智能人機交互等技術(shù)都屬于機器人領(lǐng)域中的前沿與核心，目前在國內(nèi)是屬于一個非常新的產(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，該項目具有新穎性。其優(yōu)勢創(chuàng)新之處主要在以下幾點： （1）結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，感知和識別穿戴者的運動意圖；（2）先進的人機交互技術(shù)，使外骨骼機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)、模塊化的機械設(shè)計，具備很好的拓展性和可替換性。 在實現(xiàn)外骨骼機器人系統(tǒng)（Exoskeleton Robot System）平臺，擬建立外骨骼機器人系統(tǒng)的研發(fā)體系以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)外骨骼機器人系統(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)療機構(gòu)的康復(fù)醫(yī)療，訓(xùn)練系統(tǒng)。為截癱等患者實現(xiàn)站起來夢想，進行獨立生活，塑造自我尊嚴(yán)，起著巨大的社會影響。

本發(fā)明公開了一種可穿戴式助力外骨骼下肢機構(gòu)，它包括：腰部、左腿、右腿、液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)、實時控制器、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，并對稱設(shè)置在腰部兩側(cè)；液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)分別與左腿和右腿相連，并對其進行控制；液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)與實時控制器相連；電源模塊對液壓伺服驅(qū)動系統(tǒng)供電。髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運動協(xié)作來完成行走，共有7個自由度，髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)各有3個自由度，分別是屈/伸運動，外展/內(nèi)收，旋內(nèi)/旋外運動，膝關(guān)節(jié)有1個的屈/伸運動的自由度。本發(fā)明機構(gòu)簡單、穿戴方便、長度可調(diào)性、適合不同身高體重的人穿戴和外骨骼各關(guān)節(jié)活動自如等特點。

本動力外骨骼手功能訓(xùn)練器是在分析人手生物學(xué)特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種新的外骨骼式機械手，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、健側(cè)控制）對動力外骨骼手訓(xùn)練器進行控制，達(dá)到更好的訓(xùn)練和康復(fù)輔助效果。

成果簡介： 可穿戴康復(fù)外骨骼機器人是一種可以為行動能力缺失人群穿戴的人機一體化的智能機電裝備系統(tǒng)，它將人類的“智力”和智能機電系統(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器人系統(tǒng)，通過外置可穿戴機器人來彌補病患受傷平面以下的運動及感覺能力，完成僅靠病患的自身能力無法單獨完成的康復(fù)訓(xùn)練動作和日常生活行動。 根據(jù)目前醫(yī)療市場上對于康復(fù)累器具需求的不斷增長，針對目前國內(nèi)在外骨骼機器人產(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器人系統(tǒng)，并最終實現(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)融合及實時數(shù)據(jù)傳輸以及人體運動意圖識別系統(tǒng),如下圖所示。外骨骼機器人系統(tǒng)中所涉及到的多傳感器數(shù)據(jù)融合、人體步態(tài)識別及規(guī)劃、人體運動意圖識別以及智能人機交互等技術(shù)都屬于機器人領(lǐng)域中的前沿與核心，目前在國內(nèi)是屬于一個非常新的產(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，該項目具有新穎性。其優(yōu)勢創(chuàng)新之處主要在以下幾點： （1）結(jié)合多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，感知和識別穿戴者的運動意圖；（2）先進的人機交互技術(shù)，使外骨骼機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)、模塊化的機械設(shè)計，具備很好的拓展性和可替換性。 在實現(xiàn)外骨骼機器人系統(tǒng)（Exoskeleton Robot System）平臺，擬建立外骨骼機器人系統(tǒng)的研發(fā)體系以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)外骨骼機器人系統(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)療機構(gòu)的康復(fù)醫(yī)療，訓(xùn)練系統(tǒng)。為截癱等患者實現(xiàn)站起來夢想，進行獨立生活，塑造自我尊嚴(yán)，起著巨大的社會影響。

研究背景據(jù)2019年國家統(tǒng)計局[2]統(tǒng)計，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。本項目解決了傳統(tǒng)外骨骼存在問題電機位于關(guān)節(jié)附近導(dǎo)致：1. 自身重量較大2. 附加轉(zhuǎn)動慣量大剛性機構(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)計一款便攜、輕質(zhì)、低附加慣量、良好人機協(xié)調(diào)性能的外骨骼機器人，是急需解決的問題。

穿戴式肘關(guān)節(jié)外骨骼康復(fù)機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：被動訓(xùn)練，主動助力訓(xùn)練以及對側(cè)訓(xùn)練。患者穿戴本裝置后，可根據(jù)自身情況進行不同訓(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，移動終端控制），以滿足患者各種訓(xùn)練需求。

在動力大腿假肢控制研究中，如何實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下“人-機-環(huán)”協(xié)調(diào)控制是一個挑戰(zhàn)性難題。現(xiàn)有研究主要通過各類人機交互方式來解決上述問題，即期望通過各類人機界面信號識別人體運動意圖以控制假肢適應(yīng)環(huán)境。但目前人機界面信號難以達(dá)到期望中的可靠性和準(zhǔn)確性。人穿戴假肢在環(huán)境中行走是一個典型的“人-機-環(huán)”問題，而現(xiàn)有研究缺少“機”和“環(huán)”之間的鏈路。 該研究探索假肢視覺對“人-機-環(huán)”回路的作用機制，打通“機”和“環(huán)”之間的鏈路。在運動過程中，人體視覺神經(jīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)運動決策，假肢視覺負(fù)責(zé)環(huán)境信息感知，通過人機信息融合，“長眼睛”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行康復(fù)訓(xùn)練或行走助力的機器人設(shè)備，主要應(yīng)用于下肢康復(fù)領(lǐng)域，可以實現(xiàn)全支撐真實行走訓(xùn)練方式和在線姿態(tài)反饋實時智能引導(dǎo)的全閉環(huán)人機交互訓(xùn)練模式，能為各種狀態(tài)（不同損傷及恢復(fù)體況）的患者進行準(zhǔn)確合理助力、提供正確步態(tài)引導(dǎo)的真實行走式康復(fù)訓(xùn)練，使患者運動機能得到更快更好恢復(fù)，高效提升行走能力。作為國內(nèi)首個治療改善下肢運動障礙的特效智能機器人系統(tǒng)，該產(chǎn)品改變了傳統(tǒng)一對一人工或半機械康復(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)水平和先進性.