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重庆电子工程职业学院:明年推出康复训练辅助机器人

发布时间:2020-11-26 11:29:57  |  来源:重庆日报  |  作者:王丽
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    “智能下肢髋关节辅助机器人”示意图和试制样机。(图片由受访者提供)
 
  双腿运动障碍的人想站起来怎么办?福音来了,重庆电子工程职业学院(以下简称为电子工程职院)用8年时间研发出了“智能下肢髋关节辅助机器人”。这个机器人,犹如科幻影片中“钢铁侠”身上的“盔甲”,可按照使用者的指令,帮助其站立、坐下和行走。
 
  11月23日,重庆日报记者在电子工程职院见到了这个由机器人髋关节本体、控制器、力传感器及陀螺仪等组成的“智能下肢髋关节辅助机器人”。该院机器人与智能制造技术应用及服务创新团队负责人谢光辉告诉记者,只要使用者下肢运动,机器人就能跟随人一起运动并提供一定助力。
 
  患者主动训练
 
  运动功能恢复更高效
 
  为何设计这样一款机器人?谢光辉告诉记者,研发“智能下肢髋关节辅助机器人”的想法是从2012年开始的。
 
  当时,国内对于运动功能障碍患者的康复治疗主要依赖康复师,也有一些康复机构利用机器人提供外力辅助进行被动训练,且成本较高。而康复医学的临床研究表明,患者主动参与的训练对于肌力及脑部运动神经元康复功能恢复更加有效。
 
  2012年,一位在康复中心工作的朋友找到谢光辉,希望他利用在读博期间所学的康复机器人知识,设计出可以用于主动训练的康复机器人,帮助患者尽快恢复。同年,谢光辉在电子工程职院组建了机器人与智能制造技术应用及服务创新团队,以下肢、上肢及手指康复机器人为研究对象,开始研发一系列上下肢运动康复机器人。
 
  经过8年不断改进研究,今年10月“智能下肢髋关节辅助机器人”研发成功,目前已试制样机,成为团队研发成功的第一款下肢运动康复机器人。
 
  机器人“懂得”患者运动意图
 
  “我们目前试着采取将脑电波与肌电信号融合的方式,对人体运动模式以及姿态进行提前识别,让患者主动参与康复训练。”谢光辉介绍,当患者有了运动意图,机器人会及时准确地获取患者脑电波信号,并对患者脑电波及肌电运动信号进行算法处理,即时发出运动指令。
 
  “起初研究时,我们采用扭矩传感器来识别患者运动意图,但这种方法存在时间上的滞后。”谢光辉介绍,经过两年的不断实验探索,团队找到了脑电波和肌电信号相互融合的方法来识别患者的运动意图。
 
  在机器人与患者运动的协调同步上,谢光辉与团队采用根据大脑信息处理机制而构建的吸引子多项式近似算法,这也是团队研发脑肌电康复机器人的技术核心所在。
 
  谢光辉介绍,吸引子多项式近似算法具备自振动和输入输出同步两类功能。前者可根据患者被动训练时各种运动,输出对应的机器人关节参考轨迹;而后者用于输出与人机相互作用力在频率及相位上保持同步的机器人关节期望位移,且同步程度参数可调,以服务于患者的主动康复训练。
 
  机器人重量不超过3公斤
 
  “我国每年新出现下肢运动功能障碍的患者多达数百万人,然而,由于医疗资源和康复治疗技术上的限制,很多患者行走能力下降,日常生活受到影响。”谢光辉说,他们研发的脑肌电康复机器人计划面向家庭应用,让患者在家也能进行康复训练。
 
  本月,机器人与智能制造技术应用及服务创新团队与重庆市英诺威医疗科技有限公司签订技术转化合同,将于明年上市“智能下肢髋关节辅助机器人”。
 
  为了方便患者穿戴,“智能下肢髋关节辅助机器人”采用钛合金材质,整个机器人重量不超过3公斤,同时,还采用左右侧及大小腿模块化设计,用户可根据不同需要增减配置装备,实施个性化康复训练。