沈陽自動化所 柔性外骨骼機器人 研究取得新進展

沈陽自動化所柔性外骨骼機器人研究取得新進展

近日，中國科學院沈陽自動化研究所科研人員面向手部康復，設計了一種具有靈巧操作能力的柔性手部外骨骼機器人;面向下肢助力，提出了一種新的非時間域助力控制方法。上述研究論文被機器人領域國際期刊IEEE Transactions on Robotics(T-RO)刊載。

柔性外骨骼機器人作為新興的智能運動輔助設備，可穿戴在人的身體上，輔助人體運動，為失能或半失能人群提供一種智能化的康復訓練新模式。與傳統的剛性外骨骼機器人相比，柔性外骨骼機器人具有本體輕質、穿戴舒適、穿脫方便等優勢。然而，柔性外骨骼機器人與人同體的緊密作業方式，以及柔性材質低帶寬的原生缺陷，使其對機器人集成技術、人機交互控制方法提出了挑戰。

手部康復是卒中患者康復亟需的也是最難的階段。目前的柔性手部外骨骼機器人只能實現簡單的抓握輔助，通常無法恢復人體手部運動的靈巧性。沈陽自動化所科研人員設計了一種具有完全拇指運動功能的柔性手部外骨骼機器人，可提升腦卒中患者手部的靈活性。科研人員在對人體骨骼肌肉驅動機理分析的基礎上，優化混合驅動配置，以最少的驅動器數量實現人手拇指三維運動，輔助中風患者完成拇指環、抓、捏、松、寫等各種訓練任務，改善了運動姿態，極大提升了指尖力水平，為患者實現正常生活提供了可能。

站立行走功能是人生活自理功能的必要條件。針對目前柔性下肢外骨骼機器人無法適應不同人體步態、步速、步頻等問題，科研人員提出了一種可持續融合小腿擺角與足壓信息的狀態域助力控制方法。該方法利用高斯模型在線擬合人體站立相的小腿擺角與足壓數據，生成與穿戴者運動狀態連續對應的助力曲線，保證機器人對急停、急變速等人體運動任務的高適應性與順應性。實驗表明，該方法縮短了穿戴者對外骨骼機器人的適應時間，降低了人體能量消耗，實現了穿戴者對機器人助力模式的自主、連續、隨意控制。IEEE Transactions on Robotics(T-RO)審稿專家認為該方法是一種“可根本性解決目前外骨骼機器人控制系統時域依賴性問題的技術途徑”。

團隊在外骨骼機器人、腦肌電信號解碼與智能人機交互等研究領域深耕多年，已研制出面向老年人、患者人群的多類康復機器人系統平臺，研究成果先后發表于 IEEE Trans. NSRE，IEEE Trans. ASE，IEEE Trans. SMC等國際知名期刊。以上研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的支持。(機器人學研究室)