人机智能协同系统研究中心完成智能柔性下肢外骨骼助力机器人样机及调试?

人机智能协同系统研究中心完成智能柔性下肢外骨骼助力机器人样机及调试?

时间:2021-01-12   文本大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大 |  | 】  【打印

近年来,外骨骼在军事领域,工业领域,公共服务领域以及医疗康复领域都展现出了极大的潜力,在未来的这些领域,外骨骼会普遍出现并被有效使用。

尤其是在2020年12月“嫦娥五号”返回器的搜索回收任务中,两名搜索回收队员在穿戴了搬运外骨骼后,原本需要两人共同搬运的设备,只需一人即可单独完成,大大提升了单人负载机动能力,降低搜索回收作业人员体能消耗。

经过一年多的刻苦攻关,近日,由山东先进院人机智能协同系统研究中心吴新宇博士团队自主研制的智能柔性下肢外骨骼助力机器人完成了系统技术研发,样机组装调试完成并做出测试评价。

研发背景是什么?

截至2019年底,我国60岁及以上老年人口有2.53亿人,占总人口18.1%,预计到2050年前后,我国老年人口数将达到峰值4.87亿,占总人口的34.9%。在这其中,偏瘫以及行走不便的老人数量呈逐年上升趋势。现有的助力、助行以及康复设备如拐杖、轮椅等助行功能有限,康复设备或极为昂贵,或需要数名康复师全程操作,且只能在医院使用并对场地环境要求较高。下肢外骨骼助力机器人可以改善患者的身体机能、心理状态以及缓解抑郁症等,让其重拾生活的信心,提高患者及老年人的生活质量。

军用方面,单兵实际负荷量往往远远超出标准的要求,每年野战装备过重引发的腿部拉伤、膝伤等外伤情况十分常见,由此带来的减员势必影响到兵力部署。

这款下肢外骨骼装备是做什么用的?有什么特点及优势?

“与嫦娥五号搜索队穿戴的搬运外骨骼不同的是,下肢外骨骼助力机器人可以帮助穿戴者正常站立行走以及提高四肢运动性能,大大提升穿戴者的肢体机能力量?!备孟钅肯喙馗涸鹑私樯?,“而且与传统增力型外骨骼机器人相比,柔性外骨骼具有高度集成化、智能化、柔顺性和安全性,是当前外骨骼机器人研究方面的热点?!比嘶悄苄低逞芯恐行难兄频闹悄苋嵝韵轮夤趋乐魅丝梢灾苯哟┐饔谌颂?,基于人体工程学,通过髋关节和膝位置的驱动系统带动人体行动,实现行走助力。

它拥有全球最轻的结构,不含电池仅重约2kg,还配有??榛嵝郧杓?,最大限度体现其“柔性”,保障传动和穿戴过程的协调性、安全性、舒适性。

同时,基于人体工学设计,此款智能柔性下肢外骨骼助力机器人可以与穿戴者形成良好的人机协同配合,助力效果无延迟现象?;箍勺芭涠嘀止δ芑??。在搭载负重转移??楹?,自重不超过2.5KG,额定负重不低于25KG,节省体能可达20%,续航可达3小时以上。

针对当前外骨骼机器人应用过程中存在的人机相融问题,中心围绕柔性外骨骼机器人“交互、执行、融合”三大技术问题,研究与人体运动规律高度相容的柔性外骨骼结构和驱动,开发了多模融合的柔性下肢助力外骨骼机器人系统,更大程度提升人机智能协同交互能力。

有何应用前景?

在助老方面,可以通过穿戴本产品帮助老年人将丧失自主行走能力的时间退后2至3年,这将在生理及心理上大大改善老年人的生活质量。此外,它还可以满足科考、登山、救援、远足等大量社会经济需求,在军用领域,大大改善过重的单兵负荷,提高士兵的承载能力,提升行军速度,改善装备过重引发的腿部拉伤、膝伤等外伤问题,发展前景广阔。

目前,该样机已完成大部分技术指标并在进入持续的优化阶段。下一阶段将在目前的基础上,简化机械结构和驱动设计,使整体系统更加轻量化,提高系统便携性,并持续修改控制算法和系统结构,使得系统与穿戴者的人机耦合效果进一步的提升。除外骨骼机器人技术研发之外,山东先进院人机智能协同系统研究中心还将在分布式智能目标定位技术以及磁控微型特种机器人技术上进行持续研发突破。

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