外骨骼机器人——从《流浪地球2》走出的“硬科技”！现实中已经大显身手

       今年春节档电影百花齐放，代表中国式科幻美学巅峰的《流浪地球2》截至今日已破30亿票房，频频登上热搜榜。很多网友被电影里那些科技感十足的装备所吸引，忠诚可爱的月面机器狗、可作战可遥控的多功能门框机器人、军用无人机掠夺者、穿戴式机械外骨骼……这些亮眼的“硬科技”也让观众看得大呼过瘾。当电影里的硬科幻照进现实，这些看似遥远的“硬科技”也在离我们越来越近，其中有一部分“硬科技”已成为现实，并实现了量产，比如外骨骼机器人。

01  背景

       外骨骼机器人产业链主要分为上中下游。上游为核心硬件制造，由传感器、工业控制计算机、减速器、伺服驱动器、伺服电机等组成；中游是外骨骼机器人制造，有康复外骨骼机器人、工业外骨骼机器人、军用外骨骼机器人、助力助行外骨骼机器人等；下游是应用市场，主要有医疗康复领域、工业领域、军用领域、养老助残领域。

图 | 前瞻产业研究院

02   下肢康复外骨骼机器人

       中科深谷作为核心硬件供应商及集成智造商，目前已经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等系列康复产品以提升康复行业智能产业的技术水平和先进性，以推动智慧康复为愿景。

       开源下肢外骨骼机器人系统是针对下肢康复外骨骼机器人的特点，通过采用CSPACE实时仿真控制系统，构建精确的系统控制模型，快速实现高效高精度控制，其中该系统由仿生机械腿、动力源与驱动器、多个传感器以及控制器四个主要部分组成。在其开发过程中突破了人体下肢运动生物力学、外骨骼机构运动学及动力学、运动状态检测及人体运动意图识别、运动规划、驱动系统控制等关键技术。下肢康复外骨骼机器人的研发全过程都是基于模型的设计方法开发，控制系统全部开源，提供高精度运动、人体步态规划运动、柔顺控制等运动学、动力学算法实验案例。

图 | Solidworks三维建模

图 | Simscape物理联合仿真

下肢康复外骨骼机器人特点和优势

01  下肢康复外骨骼机器人能够提供长期、稳定地重复性高强度康复训练，并精确检测和反馈训练患者的运动信息实时进行控制。该项目是搭建多传感器信息获取的平台，获取多传感器信息为控制决策和反馈提供所需的数据。

02  为了研究柔自然行走可穿戴机器人的控制策略，针对人体在自然步行运动过程中关节角度变化等关键信息的获取进行了研究，构建了自然行走可穿戴机器人的多传感起信息采集与处理系统，并对采集到的多传感器信息进行分析与处理，为控制决策和反馈提供数据。

03  整个多传器信息获取平台以工控机和数据采集卡为核心，通过对比选取多种传感器、设计传感器的信号调理电路和供电电路来构建采集系统。上位机功能丰富，界面友好。通过对实验数据的分析得出自然行走时脚底压力的变化信息作为可穿戴康复机器人的控制依据。

03   写在最后

      目前，中国人口老龄化进程加快将刺激老年人对外骨骼机器人的需求增长。截至2021年末，全国60周岁及以上老年人口2亿6千多万人，占总人口的18.9%。老年人群体中，中风、偏瘫高发，而能够针对此类疾病进行康复训练的理疗师数量严重不足，市场缺口巨大，这个缺口，正好可以通过外骨骼康复训练机器人得到补足。

       2022年2月，国务院印发《“十四五”国家老龄事业发展和养老服务体系规划》中，强调加快人工智能、脑科学、虚拟现实、可穿戴等新技术在健康促进类康复辅助器具中的集成应用，发展外骨骼康复训练等康复辅助器具。

       2023年1月18日，工业和信息化部等十七部门印发了关于“机器人+”应用行动实施方案的通知，其中明确提到了积极推动外骨骼机器人、养老护理机器人等在养老服务场景中的应用验证。

       这无疑给国内外骨骼行业打了一剂强心针，无论是人才补贴、场地租赁、还是研发补助上，外骨骼科创企业都会得到来自国家政策的鼎力支持。未来中科深谷将持续研发创新，为外骨骼机器人系统研发提供更加高效、专业的工具与技术支撑。