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外骨骼機器人被認為是下肢偏癱患者“重啟”神經(jīng)-肌肉通路，實現(xiàn)康復(fù)的一種有效解決方案。但要讓它真正走進臨床、惠及患者，亟須在機器人與患者共同運動的康復(fù)場景下，同時實現(xiàn)輕量化、柔順性設(shè)計與高效協(xié)同康復(fù)輔助。

日前，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研發(fā)了一套“剛?cè)狁詈?rdquo;的下肢多關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼機器人，有望為下肢偏癱患者提供運動功能重建與行為輔助服務(wù)。

“剛?cè)犭y兼”與“一體兩面”

下肢偏癱康復(fù)外骨骼機器人，是一種專為偏癱患者步態(tài)訓(xùn)練設(shè)計的可穿戴康復(fù)裝備，能夠在康復(fù)階段同步接管或按需實現(xiàn)關(guān)節(jié)運動輔助，提供精準的步態(tài)矯正與機能康復(fù)。

目前，偏癱康復(fù)外骨骼面臨多重技術(shù)瓶頸，存在臨床訓(xùn)練效果不佳、機能恢復(fù)緩慢等問題。

一方面，現(xiàn)有驅(qū)動方式“剛?cè)醿呻y”，剛性電機系統(tǒng)雖具高輸出力矩但笨重冗余，柔性繩驅(qū)系統(tǒng)雖輕便但難以支持功能性訓(xùn)練。

另一方面，構(gòu)型設(shè)計與康復(fù)需求匹配性低，多關(guān)節(jié)運動協(xié)同性弱。

更為重要的是，偏癱患者有“一體兩面”的特殊康復(fù)需求，即患側(cè)需精確引導(dǎo)，健側(cè)需柔順協(xié)同。這與傳統(tǒng)“一刀切”控制策略形成矛盾。

“剛?cè)狁詈?rdquo;與“精準適配”

研究團隊基于自研串聯(lián)彈性驅(qū)動器，提出一種剛?cè)狁詈先犴橋?qū)動關(guān)節(jié)，匹配人體關(guān)節(jié)的自適應(yīng)運動特性，具備多模態(tài)剛度響應(yīng)特點，在保證結(jié)構(gòu)柔順特性和高精度力控特性的同時，實現(xiàn)外部沖擊下的穩(wěn)定運動保護。

基于柔順關(guān)節(jié)的雙側(cè)髖-膝-踝全柔順驅(qū)動康復(fù)外骨骼系統(tǒng)

基于該關(guān)鍵技術(shù)突破，研究團隊構(gòu)建了輕量化、高性能的外骨骼機器人驅(qū)動方案，其中單模塊重量為0.99kg，并具備高功率密度（212W/kg）。

結(jié)合偏癱患者下肢雙側(cè)同步輔助與同側(cè)多關(guān)節(jié)協(xié)同康復(fù)需求，實現(xiàn)了雙側(cè)髖-膝-踝多關(guān)節(jié)完整鏈路柔順驅(qū)動，構(gòu)建了驅(qū)動-關(guān)節(jié)-構(gòu)型多維度人機適配的系統(tǒng)級設(shè)計方案。

“引導(dǎo)-協(xié)同”下“按需輔助”

圍繞偏癱患者雙側(cè)差異化運動機能與康復(fù)需求，研究團隊突破傳統(tǒng)“完全引導(dǎo)”或“完全順從”的局限，提出了一種按需輔助的交互控制方法，構(gòu)建了“規(guī)劃-協(xié)同-控制”三層融合框架。

偏癱患者運動功能與關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)能力重塑

頂層結(jié)合多模板步態(tài)與實時生物力學(xué)反饋，實現(xiàn)人機耦合系統(tǒng)最優(yōu)康復(fù)運動的動態(tài)規(guī)劃。

中層融合雙側(cè)下肢實時接觸狀態(tài)，精確識別關(guān)鍵步態(tài)活動，量化患者和機器人間的運動差異并實現(xiàn)人機同步。

底層為患側(cè)實施針對性的運動康復(fù)，通過有效的步態(tài)矯正與支撐，重塑受損的運動功能。同時，為健側(cè)提供柔順性的運動輔助，充分發(fā)揮患者自身的感知與運動能力，促進肢體運動的協(xié)調(diào)性與自然性。

偏癱人群步行康復(fù)驗證

該融合框架，突破了傳統(tǒng)外骨骼機器人的功能局限，為偏癱患者提供了滿足個體運動偏好，與康復(fù)訓(xùn)練需求的多關(guān)節(jié)精準協(xié)同康復(fù)。

研究團隊與中國人民解放軍總醫(yī)院等合作，面向60余位偏癱患者開展了100余次臨床驗證。

結(jié)果顯示，該研究方法有效實現(xiàn)了運動學(xué)重塑（多關(guān)節(jié)平均跟蹤精度提升61.8%±17.4%）、步態(tài)模式自然性與對稱性（不對稱指數(shù)降低10.5%）等關(guān)鍵康復(fù)目標。

該系列研究構(gòu)建了“剛?cè)狁詈?按需輔助”的技術(shù)框架，為精準矯正與自然交互的理想平衡提供了有效思路。