读创/深圳商报记者 严偲偲

“自平衡外骨骼机器人针对高位截瘫患者的日常助行研发，是国内首款可以在无拐杖支撑条件下实现自平衡行走的外骨骼机器人。”近日，在接受深圳商报记者采访时，深圳先进院的工程师何勇如此说道。

何勇所在的团队属于深圳先进技术研究院智能仿生中心，该中心专注于外骨骼机器人的研发，目前已研制出4种类型6个型号的外骨骼机器人。与中心现有的其它外骨骼机器人不同，何勇在研的自平衡外骨骼机器人将实现的是全自主平衡行走，无需借助外力，高位截瘫患者通过意念就能下达行走指令。

△ 何勇和团队研发的自平衡外骨骼机器人

▎高位截瘫也可自如行走

外骨骼机器人属于“可穿戴机器人”，是基于仿生学和人体工程学的设计，将传感、控制、信息融为一体，辅助肢体残疾患者行走和站立的智能化机械装置。据何勇介绍，现有的外骨骼机器人通常采用手推车、拐杖等辅助工具支撑穿戴者保持平衡，对穿戴者上肢力量要求高，而上肢也失去运动机能的高位截瘫患者则无法使用。

△ 传统外骨骼机器人需要拐杖、手推车等辅助平衡

“自平衡外骨骼机器人的最大特点是将双足机器人与外骨骼机器人的技术相结合，使用过程中无需额外的支撑就能实现自平衡行走的性能。”何勇告诉记者，传统的外骨骼机器人大多只为下肢的膝关节和髋关节提供助力，由于每条腿的驱动自由度不足，导致无法实现自主平衡的自然步态，而自平衡外骨骼机器人在每条腿上采用了五个驱动自由度，基本满足自然行走的需求。

△ 自平衡外骨骼机器人结合了双足机器人的特点

如何将双足机器人的功能与外骨骼机器人相融合，是该研究的最大难点之一。何勇告诉记者，波士顿动力等公司研发的双足机器人只需管理机器人自身，而用于残疾患者的机器人则需要考虑到人体的干扰和患者的安全问题，这也是团队下一步的研究重点，通过算法实现机器人在人体扰动下的平衡行走。

▎意念控制双腿“自动驾驶”

传统外骨骼机器人由于需要上肢配合，患者经过长期训练后才能适应机器人的穿戴、拐杖控制平衡等，而何勇在研的自平衡外骨骼机器人最终目标是实现快速穿戴，且无需人体其它部位协调，“就像开自动驾驶汽车一样，只不过是用意念控制的双足车”。

据何勇介绍，该机器人包含了机器视觉、人机交互、控制器及传感器四大系统。首先，机器人通过视觉系统对行走环境进行3D场景重构，规划好合理行走路径后，通过AR眼镜或交互屏提供给患者选择；随后，人机交互系统将提取患者行为意图的脑信号，并转化为步态指令，发送给控制器；作为机器人的核心决策层，控制器接收步态指令后，将根据多传感器反馈的外部环境及自身状态指挥机器人平稳行走。

△ 自平衡外骨骼机器人的控制系统

意念控制也是研发的难点之一。“脑电带宽较窄，目前只能实现前后左右等大方向的控制，而具体路线怎么走，每步跨多大，则需要靠机器人自身进行轨迹规划。”何勇称，脑电中夹杂许多杂乱信号，且对环境干扰十分敏感，如何把有效信号识别出来，保证快速、稳定的信号输出是下一步的突破研究对象。

▎外骨骼机器人具有千亿市场

目前深圳先进院研发的自平衡外骨骼机器人第一代样机已经完成，处于实验测试阶段。据何勇介绍，该款机器人共有10个全驱动自由度，采用模块化关节设计，多处关节间距可调节，适用于身高160cm至180cm、体重70公斤以内的患者，可协助截瘫患者完成行走、坐下、起立及上下楼梯等日常动作。

△ 自平衡外骨骼机器人携带假人进行测试

何勇表示，2019年将继续改进样机，使机器人的重量分配更合理，行走过程更平稳，穿戴体验更舒适。至于成本方面，何勇坦言，外骨骼机器人产业化程度低，好的驱动器和电机等零部件还需从国外进口，售价因此居高不下，团队正在尝试寻找国产零部件作为替代，以降低制造成本。

根据全国残疾人抽样调查数据，我国肢体残疾人数超过了2400万。但《2016年中国残疾人事业发展统计公报》显示，截止至2016年，全国有残疾人康复机构7858个，仅有135.7万肢体残疾者得到了基本康复服务。外骨骼机器人面世后，辅助医疗康复让更多的肢体残疾人士受益，据业内人士测算，未来这一市场将达到千亿级容量。