从《流浪地球2》走出的黑科技！深谷助行机器人助力康复理疗智能化加速研发

发布日期：2023-02-28 浏览次数：1168

近年来，随着人口老龄化的加剧以及疾病结构的变化，康复医疗的需求在全球呈现出爆发式的增长态势。智能助行设备的身影也随着智能技术的迅速发展逐渐出现在老年人、残疾人的日常生活中。

01 背景

当前，我国正以史上最快的速度步入老龄化社会。根据第七次全国人口普查数据，我国65岁及以上人口数量达到1.9亿人，占总人口比重达到13.5%。步入老年阶段后，人体的各项身体机能衰弱，甚至会伴随肌肉的退化萎缩，日常行动逐渐迟缓。同时，老年人群本就饱受各类疾病的困扰，比如骨质疏松、瘫痪、脑卒中等。可以预见，人口老龄化纵深发展的背景下，关于老年患者的治疗康复问题将日益突出。

02 痛点

但目前国内从事康复治疗的专业人才紧缺，真正可以提供相关服务的医院、康复中心和养老机构，大都无法满足巨大的市场需求。所以，智能助行康复辅具显得尤为重要。中科深谷作为核心硬件供应商及集成智造商，基于CSPACE实时仿真控制系统研发了开源两关节助行机器人、开源下肢外骨骼机器人系统、智能轮椅等系列康养康复产品，在外骨骼机器人算法研究方向积累了很多研究成果。

03 解决方案

面对庞大的市场需求，中科深谷自主研发的开源助行外骨骼系统，核心运动控制系统和伺服驱动器全自主开发。采用基于模型设计（MBD）工程开发方法实现外骨骼运动学、动力学算法开发与应用，提供丰富的控制案例程序，配套有上位机监控软件，可实时修改控制参数、监控外骨骼的参数，不仅方便教学，还能为深层次的外骨骼机器人或相关的机器人科研提供研发平台。

开源两关节助行机器人（髋部）属于外骨骼机器人的一种，可穿戴在人体下肢，由外动力驱动机械腿带动穿戴者对应大小腿按照一定规律摆动，用于增强健康人行走时的负重能力或训练和代偿下肢运动功能障碍患者行走功能的机器人。助行外骨骼机器人能帮助行走困难者轻松、自由地行走，有效缓解传统助行器单一功能与患者多样需求之间的矛盾。

中科深谷开源两关节助行机器人（髋部）有效的解决了助行机器人在“运动意图”、“安全性”这两个方面存在的科学问题。

1、运动意图

开源两关节助行机器人（髋部）设计的目的是实现在人体行走过程中精确助力，要求用户在使用过程中借助髋关节外骨骼的助力或阻力驱动而感受不到髋关节外骨骼的运动约束。髋关节外骨骼这一目的的实现离不开感知系统的信息支持，机器人的感知系统作为人机交互信息的直接来源，是识别人体的运动意图和实现外骨骼自动控制与精确助力的前提条件。中科深谷的助行髋关节外骨骼的传感系统，包括感知系统的信息采集单元、数据处理与分析单元。信息采集单元主要由人体惯性测量模块组成。并且基于感知系统感知数据实现人体运动信息预测算法的研究，有效地完成了运动意图识别功能及外骨骼力控制。

2、安全性

人机交互力在外骨骼的穿戴安全性中发挥着重要作用，在以往外骨骼研究的基础上，本公司的助行髋关节外骨骼采用了一种人机交互力自适应控制的髋关节外骨骼助行机器人控制策略，并设计了可实现人机柔顺交互的控制方法。该方法能够有效地调整助力助行过程中人机交互力大小，提高了穿戴者的主动参与程度，有效保证了助行过程中的交互安全性。

开源关节助行机器人（髋骨）

特点与优势

01 开源成熟关节模组为实验载体，支撑机器人建模仿真、机器人运动学及控制，以及科研领域的算法验证实验和柔顺控制等高级应用的控制实验等；

02 控制器采用CSPACE进行开发，基于CAN总线通讯，性能优良，运算能力强，支持Matlab/Simulink软件进行编程和自动代码生成，可以更高效地研究高级自动控制算法；

03 单关节模组伺服驱动器自主开发，性能优异，开放电流、速度、位置三环控制，支撑高级动力学算法研究；

04 提供丰富的应用场景：被动跟随康复训练，主动柔顺控制，行走康复训练，定制步态轨迹进行训练等。

05 提供丰富的仿真分析和开源算法：机器人工具箱运动学仿真、Simscape物理联合仿真、PID控制、柔顺控制算法等。

开源两关节助行机器人（髋部）控制系统采用CSPACE实时仿真控制系统3.0版本，采用TITMS320F28335DSP芯片进行开发。