今年春節(jié)檔電影百花齊放，代表中國式科幻美學巔峰的《流浪地球2》截至今日已破30億票房，頻頻登上熱搜榜。很多網(wǎng)友被電影里那些科技感十足的裝備所吸引，忠誠可愛的月面機器狗、可作戰(zhàn)可遙控的多功能門框機器人、軍用無人機掠奪者、穿戴式機械外骨骼……這些亮眼的“硬科技”也讓觀眾看得大呼過癮。當電影里的硬科幻照進現(xiàn)實，這些看似遙遠的“硬科技”也在離我們越來越近，其中有一部分“硬科技”已成為現(xiàn)實，并實現(xiàn)了量產(chǎn)，比如外骨骼機器人。

01  背景

       外骨骼機器人產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上中下游。上游為核心硬件制造，由傳感器、工業(yè)控制計算機、減速器、伺服驅(qū)動器、伺服電機等組成；中游是外骨骼機器人制造，有康復(fù)外骨骼機器人、工業(yè)外骨骼機器人、軍用外骨骼機器人、助力助行外骨骼機器人等；下游是應(yīng)用市場，主要有醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、軍用領(lǐng)域、養(yǎng)老助殘領(lǐng)域。

圖 | 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院

02   下肢康復(fù)外骨骼機器人

       中科深谷作為核心硬件供應(yīng)商及集成智造商，目前已經(jīng)研發(fā)了開源兩關(guān)節(jié)助行機器人，開源下肢外骨骼機器人系統(tǒng)等系列康復(fù)產(chǎn)品以提升康復(fù)行業(yè)智能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平和先進性，以推動智慧康復(fù)為愿景。

       開源下肢外骨骼機器人系統(tǒng)是針對下肢康復(fù)外骨骼機器人的特點，通過采用CSPACE實時仿真控制系統(tǒng)，構(gòu)建精確的系統(tǒng)控制模型，快速實現(xiàn)高效高精度控制，其中該系統(tǒng)由仿生機械腿、動力源與驅(qū)動器、多個傳感器以及控制器四個主要部分組成。在其開發(fā)過程中突破了人體下肢運動生物力學、外骨骼機構(gòu)運動學及動力學、運動狀態(tài)檢測及人體運動意圖識別、運動規(guī)劃、驅(qū)動系統(tǒng)控制等關(guān)鍵技術(shù)。下肢康復(fù)外骨骼機器人的研發(fā)全過程都是基于模型的設(shè)計方法開發(fā)，控制系統(tǒng)全部開源，提供高精度運動、人體步態(tài)規(guī)劃運動、柔順控制等運動學、動力學算法實驗案例。

圖 | Solidworks三維建模

圖 | Simscape物理聯(lián)合仿真

下肢康復(fù)外骨骼機器人特點和優(yōu)勢

01  下肢康復(fù)外骨骼機器人能夠提供長期、穩(wěn)定地重復(fù)性高強度康復(fù)訓(xùn)練，并精確檢測和反饋訓(xùn)練患者的運動信息實時進行控制。該項目是搭建多傳感器信息獲取的平臺，獲取多傳感器信息為控制決策和反饋提供所需的數(shù)據(jù)。

02  為了研究柔自然行走可穿戴機器人的控制策略，針對人體在自然步行運動過程中關(guān)節(jié)角度變化等關(guān)鍵信息的獲取進行了研究，構(gòu)建了自然行走可穿戴機器人的多傳感起信息采集與處理系統(tǒng)，并對采集到的多傳感器信息進行分析與處理，為控制決策和反饋提供數(shù)據(jù)。

03  整個多傳器信息獲取平臺以工控機和數(shù)據(jù)采集卡為核心，通過對比選取多種傳感器、設(shè)計傳感器的信號調(diào)理電路和供電電路來構(gòu)建采集系統(tǒng)。上位機功能豐富，界面友好。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出自然行走時腳底壓力的變化信息作為可穿戴康復(fù)機器人的控制依據(jù)。

03   寫在最后

      目前，中國人口老齡化進程加快將刺激老年人對外骨骼機器人的需求增長。截至2021年末，全國60周歲及以上老年人口2億6千多萬人，占總?cè)丝诘?8.9%。老年人群體中，中風、偏癱高發(fā)，而能夠針對此類疾病進行康復(fù)訓(xùn)練的理療師數(shù)量嚴重不足，市場缺口巨大，這個缺口，正好可以通過外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機器人得到補足。

       2022年2月，國務(wù)院印發(fā)《“十四五”國家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老服務(wù)體系規(guī)劃》中，強調(diào)加快人工智能、腦科學、虛擬現(xiàn)實、可穿戴等新技術(shù)在健康促進類康復(fù)輔助器具中的集成應(yīng)用，發(fā)展外骨骼康復(fù)訓(xùn)練等康復(fù)輔助器具。

       2023年1月18日，工業(yè)和信息化部等十七部門印發(fā)了關(guān)于“機器人+”應(yīng)用行動實施方案的通知，其中明確提到了積極推動外骨骼機器人、養(yǎng)老護理機器人等在養(yǎng)老服務(wù)場景中的應(yīng)用驗證。

       這無疑給國內(nèi)外骨骼行業(yè)打了一劑強心針，無論是人才補貼、場地租賃、還是研發(fā)補助上，外骨骼科創(chuàng)企業(yè)都會得到來自國家政策的鼎力支持。未來中科深谷將持續(xù)研發(fā)創(chuàng)新，為外骨骼機器人系統(tǒng)研發(fā)提供更加高效、專業(yè)的工具與技術(shù)支撐。