外骨骼康复机器人研究现状和关键技术课件

康复机器人技术发展现状及关键技术分析康复机器人是指利用机器人技术来帮助身体有残疾或受伤的患者进行康复训练和治疗的一种新型医疗设备。

随着人口老龄化的加剧和慢性病患者的增多，康复机器人技术愈发重要。

本文将分析康复机器人技术的发展现状及其关键技术。

目前，康复机器人技术已经取得了显著的进展。

目前市场上已经有一些商业化的康复机器人产品，如上肢康复机器人、下肢康复机器人、脑卒中康复机器人等。

这些机器人能够模拟人体肢体运动的各种动作，并通过智能控制算法来辅助患者进行康复训练和治疗。

康复机器人还可以通过传感器技术实时监测患者的肌肉力量、关节角度等生理参数，从而根据患者的实际情况调整康复训练的强度和方式。

另外，康复机器人还可以通过虚拟现实技术创造出生动的训练场景，提高患者的积极性和康复效果。

康复机器人技术的发展离不开一些关键技术。

首先是机械设计技术。

康复机器人需要具备精确的力矩和位置控制能力，因此机械设计的精度和稳定性对于机器人的性能至关重要。

其次是传感器技术。

传感器可以监测患者的生理参数，如肌肉力量、关节角度等，从而实时调整康复训练的参数。

目前常用的传感器包括力传感器、陀螺仪、加速度计等。

第三是运动控制技术。

康复机器人需要通过精确的控制算法来模拟人体肢体运动的各种动作，并与患者进行交互。

运动控制技术可以通过传感器的反馈信号对机器人进行闭环控制，从而实现精确的运动控制。

最后是人机交互技术。

康复机器人需要与患者进行良好的交互，通过声音、图像、触觉等方式与患者进行沟通，从而提高患者的参与度和积极性。

值得注意的是，虽然康复机器人技术有很大的潜力，但目前仍面临一些挑战。

首先是成本问题。

康复机器人技术的研发和生产成本较高，导致其价格较高，限制了其市场推广和应用。

其次是技术标准和规范缺乏。

目前缺乏康复机器人的统一标准和规范，导致不同产品之间的兼容性和互操作性较差。

此外，康复机器人技术需要与其他医疗设备和系统进行无缝集成，以提供更全面的康复解决方案。

第36卷　第9期2004年9月　哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报J OURNAL OF HARB IN INSTITU TE OF TECHNOLO GYVol 136No 19Sep.,2004康复机器人技术发展现状及关键技术分析吕广明,孙立宁,彭龙刚(哈尔滨工业大学机电学院,黑龙江哈尔滨150001)摘　要:依据康复机器人技术发展意义及社会需求,结合该领域的发展现状及趋势,介绍了国内外近些年来主要研究成果,分析了肌电信号的检测及时域、频域、时频域、高阶谱、混沌与分形的信号处理技术,机械本体技术及基于康复机器人技术的智能控制方法,并指出了此领域的存在问题及未来在肌电信号检测及处理技术、机械结构及材料技术、基于专家系统及康复机理的智能控制技术方面的发展趋势.关键词:康复机器人;肌电信号;智能控制;机械本体;专家系统中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:0367-6234(2004)09-1224-04Analysis of the status quo and the key technologyof the robot technology for rehabilitationL U Guang 2ming ,SUN Li 2ning ,PEN G Long 2gang(School of Mechanical and Electrical Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001,China )Abstract :According to the development significance and social needs of the robot technology for rehabilita 2tion ,combined with the current status and the trend of this field ,the main research achievements at home and abroad were introduced.Measurement of the electromyography (EM G )signal ,the time domain ,the frequency domain ,the time and frequency domain ,the higher 2order spectrum ,the signal process technolo 2gy of the chaos and fractal ,the machine arm technology and the intelligent control method based on robot technology for rehabilitation were analyzed.Problems in this field ,the trend of the measurement and pro 2cess of the EM G signal ,mechanical structure and material technology and the intelligent control technology based on the expert system and rehabilitation mechanism were pointed out.K ey w ords :robot for rehabilitation ;electromyography signal ;intelligent control ;machine arm ;expert sys 2tem收稿日期:2003-12-18.作者简介:吕广明(1964-),男,副教授;孙立宁(1964-),男,博士,教授,博士生导师. 目前,康复机器人技术成为医工结合的崭新的研究领域[1].主要成果有矫形器、肌电假肢及其他相关康复设备.本文在分析了康复机器人技术研究现状及意义的同时,对其关键技术、存在的问题及发展趋势进行了分析.1　康复机器人技术研究的目的和意义111　社会需求据统计,我国60岁以上的老年人已有112亿,占全国人口的10%.伴随老龄化过程中明显的生理衰退就是老年人四肢的灵活性不断下降,进而对日常的生活产生了种种不利的影响.此外,由于各种疾病而引起的肢体运动性障碍的病人也在显著增加.与之相对的是,通过人工或简单的医疗设备进行的康复理疗,已经远不能满足患者的要求.随着国民经济的发展,这个特殊群体已得到更多人的关注,治疗、康复和服务于他们的产品技术和质量也在相应地提高.因此,服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景.112　多项技术发展的要求近年来,随着传统机械学、传感技术、生物医学、智能控制技术、计算机技术及其他新兴技术的迅速发展,给生物医学工程领域的医用机器人技术带来了高速发展的锲机,促进了医用领域的设备自动化和机器人化[2].医用机器人结合了多个学科最新研究和发展的成果,应用于医学诊疗,康复等相关的医学领域.其中,康复机器人占据相当大的比例,如各种假肢、矫形器及用于恢复四肢功能性障碍的康复辅助医疗设备.113　社会发展的必然趋势作为医工结合产物的四肢康复设备的研究起步较晚.就手臂康复设备而言,产品功能单一,其应用范围仅限于局部关节,即腕关节,肘关节和肩关节的康复是由单独的器械完成的,没有能够实现整个手臂各个关节康复的集成产品;而且,现有产品的智能化程度并不高.目前,我国医疗设备自动化程度较高的大多数为进口设备,成本较高.因此,随着科学技术的发展,该领域技术研究的深入,康复设备的国产化具有必然性及可行性.2　国内外研究现状及应用211　国内外研究现状康复器械的最终目标是恢复人体肌体组织的运动机能,实现肌体组织的自然化动作.基于此目标,该领域的研究主要沿着两个方向:一个方向是功能电刺激,另一个方向是肌电信号控制.前者是利用电压或电流等电信号刺激神经肌肉,使丧失神经控制的肌肉产生收缩,达到康复治疗和功能重建的目的;后者是利用分离的肌群电信号(肌电信号)控制康复器械,使其能够具有与肢体相同的对外界刺激的反应能力和对脑神经信号的识别和处理能力,模拟肢体动作,实现肢体的康复治疗.在功能电刺激系统的研究开发方面,由于电刺激参数与肌肉收缩力(位移)的关系(即募集曲线)这一重要的基本理论问题还处在探索阶段,使得该系统的应用受到了很大的限制.相对而言,肌电信号的采集处理已经有比较高的识别率(单一动作的识别率可达到95%以上[3]).因而,大量的研究工作倾向于肌电信号控制方面.目前,国内在该领域进行研究的主要有清华大学、上海交通大学、复旦大学、哈尔滨工业大学等.其中,上海交通大学和复旦大学合作展开了“神经的运动控制与控制信息源的研究”.其研究目的是提取神经信息,利用神经信息来控制电子假手.目前,七个自由度假手模拟装置已设计完成,神经信息的提取正在进行动物试验,信息的整合与控制电路的设计进展顺利.处于此领域前沿的牛津大学,目前正研究基于记录脑神经元产生的脑电信号.利用脑电图扫描器(EEG),建立人脑和计算机的通讯通道,通过此通道,大脑可以与外界环境交流或控制外界环境.由于该研究受到高级模式识别、信号测量、神经网络预测误差等多项技术的限制,目前只成功实现了一维运动,即可控制指针在显示器上、下移动,二维运动的研究工作正在进行中.212　国内外应用情况2.2.1　基于肌电信号控制的电子假肢假肢包括下肢假肢和上肢假肢,下肢假肢包括部分足假肢,小腿假肢,大腿假肢,上肢假肢包括假手指,手掌假肢,前臂假肢,上臂假肢.上肢假肢要求动作精巧、准确和控制方式自然.目前,具有对被抓取物体形状的适应能力及具有握力和温度感觉反馈功能的假手均取得一定进展.在多自由度假肢控制中,准确率不高是一直困扰康复工作者的一个问题,由于多自由度假肢用于高位截肢者,可利用的信息源少,解决的方法之一便是进行残端再造,开发新信息源.另一个途径是研究人体关节运动的协调关系,建立“协调元空间”,以减少系统的自由度.2.2.2　手臂稳定度测试康复仪上海交通大学的康复工程研究所研制的手臂稳定度测试康复仪国际首创,手臂稳定度不仅成为定量检测手臂稳定度的手段,同时也是康复医疗和功能训练仪器.其基本原理是,借助仪器,通过意识控制动作的反复训练,伴随信息转化、生物反馈、生物控制和功能训练过程,不断调节和增强脑的指令,从而提高中枢神经系统和骨骼肌肉系统的支配和控制能力,消除控制机能障碍和运动障碍,改善直至恢复机能状态.3　康复机器人相关技术分析311　肌电信号(EM G)的一次拾取人体肌肉收缩活动总是伴随着电位信号的产生,因此,可以认为,肌肉信号是产生肌电信号的根源[4].通过对肌电图(E lectromy ogram)的检测,人们可以作出肌疲劳性、重症肌无力、肌强直、肌萎缩等各种肌病的临床诊断;同时,还可以利用人体表面肌电的某些特征进行识别来驱动康复设备的动作.3.1.1　嵌入式肌电电极EM G信号的拾取针电极在测量人体肌电信号时,嵌入肌体组织内.其优点:适用于视、听、体感三种诱发电位;解决了一次性表面电极的干扰伪差问题;作图准确、清晰、稳定;经济耐用.其不足主要是患者有恐惧痛苦感,嵌入肌体组织内易感染.随着一次性表面电极质量提高、成本下降,针电极使用越来越少.3.1.2　表面电极EM G信号的拾取表面EM G信号是一种复杂的表皮下肌肉电・5221・第9期吕广明,等:康复机器人技术发展现状及关键技术分析活动在皮肤表面处的时间和空间上的综合结果,已被广泛地应用于肌肉运动、肌肉损伤诊断、康复医学及体育运动等方面的研究[5].从屈伸动作的肌肉表面皮肤测取的多通道EM G信号,是安全、非侵入的检测方法,既可为控制假肢运动提供信息源,也可用于人类运动和生物机械的研究.随着检测技术、信号处理方法和计算机技术的发展,研究如何从表面肌电中识别出肢体的多种运动模式已经成为康复医学界研究的热点问题之一[6]. 3.1.3　基于记录脑神经元产生的脑电信号由于肌电信号十分微弱(仅μV级),且表面电极检出的肌电信息是肌群的募集信息,不完全反映人脑对某一动作的运动指令,再者人体感受到的外电场干扰又相对十分强大(达V级),这些因素影响到了康复机构的控制准确性,对多自由度机构,影响更为严重.因此,从信息源入手,通过测量人脑神经元产生的脑电信号(EEG),实现对多自由度康复机构的控制.该研究开辟了医工结合的新领域,在理论和实践上均有创新.312　肌电信号分析与特征提取为了有效的提取相应特征,应对EM G信号进行深入地分析.对于肌电控制康复机构来说,寻找有效的特征来表征肌电信号是动作肌电模式识别的根本问题.近年来,针对假肢控制、康复研究,国内外对表面肌电信号的研究已越来越多,如表面EM G信号与肌肉力的关系[7]、EM G信号与关节转矩间的关系[8]、EM G信号与肢体空间自由动作时的运动学关系[9]等等.但就其所利用的理论方法而言,可分为五个方面:时域法、频域法、时域-频域法、高阶谱等.传统的肌电信号处理方法是把肌电信号近似看成服从零均值高斯分布的随机信号.常用的EM G信号特征时域提取方法有:绝对值积分(IAV)、方差(VAR)、Willison幅值(WAMP)、v一阶和log检测器(detector)、线性自回归(AR)模型[10]、EM G直方图[11].EM G 信号的频率分析有:EM G功率谱的平均功率(MAP)和中值频率(MF)分析,基于FF T变换和基于AR模型的频谱估计,用于检测肌肉疲劳的SEM G的功率谱分析.时频域分析有:短时FF T 变换、Wigner-Ville变换、Choi-Williams变换及小波变换等.传统的随机信号处理技术只能完整反映服从高斯分布的随机信号的概率结构,而当肌肉力变化时,实际的肌电信号是非平稳的,不是高斯型信号,它的相位谱含有丰富的信息.高阶谱分析能够克服传统处理方法的不足,给出信号本身更多的信息[12].313　分类及控制方法3.3.1　模糊分类及控制法目前,模糊推理理论已在自动控制、人工智能、图像识别、管理科学及医学等诸多领域得到了广泛应用.在表面EMG信号识别方面,已开始利用该理论进行处理.如E.Z ahedi等人利用模糊K-均值策略进行了3个自由度的动作识别[13].利用模糊神经网络直接对残肢的EMG动作进行识别,虽识别率基本低于90%,但也有应用价值[14].3.3.2　神经网络分类及控制法人工神经网络是目前受到广泛关注的信号处理新方法,它模仿生物神经元结构和神经信息传递机理,由许多具有非线性映射能力的神经元组成,神经元之间通过权系数相连接构成自适应非线性动力学系统.其特点是:(1)并行计算,(2)分布式存储,(3)自组织、自适应学习.人工神经网络的自组织、自适应学习以及优秀的容错性能和泛化能力使得它在某些系统辨识和模式识别问题上显示出极大的优越性.神经网络是适于非线性系统的分类及控制方法,在EMG研究中已得到广泛应用.利用该神经网络对屈腕、伸腕、向内旋腕和向外旋腕四种运动进行识别,其识别率都在95%以上. K elly等利用H opfield网络提取单道肌电的时间序列参数作为特征集,然后通过训练两层感知器模型实现肌电模式的分类[15].William Putnan等人利用单层感知器和多层感知器对屈臂和伸臂两动作进行识别,识别率均可达95%[16].R.Knox等人1994年利用非参数线性分类器对屈、伸、内旋和外旋四种动作进行识别,其识别率在89%以上[17]. Michaelj.K orenberg等人1995年利用并串联分类器(Parallel Cascade Classifier)对内旋、外旋及内-外旋等动作进行识别,识别率为100%,并且所利用的训练样本数只用1～2个[18].3.3.3　模糊神经网络分类及控制法模糊神经网络方法是通过对于某些模糊系统中,在人为先验知识不清的情况下,采用神经网络来学习规则和决策,以获得较好的结果.例如输入是模糊量,用隶属函数中的隶属度来表示,而规则学习是神经网络,最后决策推理是神经网络的输出,形成了模糊和神经网络的结合系统.输入变量都是用隶属度来表示的模糊变量,网络中每个神经元的输入/输出关系比较明确,数值小的权值被取消,网络得到简化.如对模糊集的肌电信号概率界线模式识别.4　康复机器人技术的发展411　存在的难题・6221・哈　尔　滨　工　业　大　学　学　报 第36卷　(1)对肌电信号本质认识　目前,对肌电信号的认识还不够明确,通常假设其为线性的、平稳的随机信号,用线性的方法进行处理;或假设其为非线性信号,利用非线性方法来处理.(2)多自由度机构的连续控制　尽管单一动作的肌电信号识别率已达到95%以上,但实际应用的实例还不多见,且对于连续表面肌电动作信号的起止点很难进行准确地自动定位,从而难以实现多自由度机构的连续控制.(3)脑电信号测量　从信号源如手,脑电信号的无损伤测量是目前各国学者研究的热门课题.412　康复机器人技术发展及展望(1)机械本体技术　康复器械的机械本体技术应向着智能化、集成化、轻型化、微型化、舒适化及美观化的方向发展,具体体现在以下几个方面:①康复器械的范围有所扩大　按照传统的概念,康复器械主要是指包括上、下肢和躯干在内的各种器矫形器和假肢.但近年来,随着工程技术向康复医学的渗透,康复器械的范围已经有所扩大.一方面,矫形器和假肢本身的范围有所扩大,如各种手杖、拐杖、和其他助行器、各种轮椅、用于改善支持功能的特制坐垫、床垫等均已进入矫形器范畴;出现了肌电控制的假肢.另一方面,一些现代科学技术的进入,如功能性电刺激、生物反馈、肌电信号和脑电信号用于控制,机械的体内装置以及环境控制系统等拓展了康复医学的研究领域,随后的研究成果将极大的提高和完善现有的康复器械,进一步提高康复水平.②新材料应用于康复器械　近年来,用聚乙烯、聚丙烯等热塑材料制作的康复器械发展很快,各种类型不同的康复器械相继问世.这些材料共同优点是轻便、美观、卫生、可塑性好、加工方便.制成后的康复器械更加符合生物力学要求,不仅穿戴时更加舒适,同时也提高了治疗效果.③现代科学技术在康复器械中的应用　随着科学技术的进步和医学与工程技术的纵深结合,新康复器械不断出现.主要的发展方向有两个方面,一是将单关节的康复器械集成为整个肢体的全关节康复器械,并改善其可穿戴性.二是提高康复器械的智能化程度,使其尽可能模拟人体的自然运动,并结合人体工程学提高产品的舒适性.(2)信号处理技术　表面肌电信号常常是非平稳的、时变的,且也有一定的非线性.混沌与分形技术作为非线性时间序列的重要处理手段,将在EMG信号的非线性研究中占主要地位.利用多重分形思想来研究表面EMG信号,即从信号分形的不同层次上来研究系统的整体特征,对机构控制更有好处.国外一些学者已开始利用分形理论来研究EMG信号[19-20],并取得了一定的成果.(3)康复医学专家系统及康复机理的研究　要使人体能够较快康复,就要学习和记忆现有的康复知识,充分利用现有的临床及专家经验,将其形成知识库.该专家系统对患者的康复效果及进程起着重要作用.还需从理论角度,对人体康复与诸多因素的关系进行探讨.这是康复知识专家系统的理论支持,并对专家系统建立具有指导意义.5　结　语国内外在康复机器人领域的研究起步较晚,尚属医工结合的开拓性领域,尤其在临床实践方面尚需很多工作要做.因此,要以此为契机,加大该方面的研发工作.参考文献:[1]DARIO P,GU G L IELMELL I E,LASCHI C.Hu2manoids and personal robots:Design and experiments [J].Journal of Robotic Systems,2001,18(12):673-690.[2]杜志江,孙立宁.外科机器人技术发展现状及关键技术分析[J].哈尔滨工业大学学报,2003,35(7):773-777.[3]雷　敏,王志中.肌电假肢控制中的表面肌电信号的研究进展与展望[J].中国医疗器械杂志,2001,25(3):156-160.[4]TSU J I L T.Pattern class ification of time2series EMG s ignalsus ing neural netw orks[J].International Journal of AdaptiveC ontrol and S ignal Process ing,2000,14:829-848.[5]LA TERZ F.Analysis of EM G signals by means of thematched wavelet transform[J].Electronics Letters, 1997,5:357-359.[6]王人成.基于BP神经网络的表面肌电信号模式分类的研究[J].中国医疗器械杂志,1998,22(2):63-66. 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外骨骼机器人技术在康复治疗中的应用研究近年来，随着科技的发展，外骨骼机器人技术的应用领域越来越广泛，其中康复治疗是一个非常重要的方向。

外骨骼机器人是一种能够模拟人体自然运动的机器人，它可以通过传感器感知用户的动作，从而控制外骨骼机器人的运动，帮助病人进行康复训练。

本文将介绍外骨骼机器人技术在康复治疗中的应用研究，并探讨其未来的发展前景。

一、外骨骼机器人技术在康复治疗中的应用现状外骨骼机器人技术在康复治疗方面的应用可以追溯到上个世纪，但是直到近几年才真正得到了广泛的应用。

目前，外骨骼机器人在康复治疗中主要可以应用于下肢、上肢和脊柱三个方面。

1. 下肢康复治疗下肢功能受损是较为常见的情况，例如因为中风、脊髓损伤、瘫痪等等。

外骨骼机器人技术可以通过机器人代替病人进行腿部运动，帮助病人恢复肌肉控制和运动功能，从而改善病人的生活质量。

2. 上肢康复治疗上肢功能受损通常是因为外伤、瘫痪等等。

对于这些病人，外骨骼机器人技术可以通过机器人的自适应控制，帮助病人进行上肢运动，恢复肌肉力量和控制，从而提高病人的生活能力。

3. 脊柱康复治疗脊柱受损是非常危险的情况，需要长时间的康复治疗。

在这种情况下，外骨骼机器人技术可以帮助病人维持正常的脊柱运动，缓解病痛。

二、外骨骼机器人技术在康复治疗中的优势和限制外骨骼机器人技术在康复治疗中的优势非常明显。

首先，它可以帮助病人恢复肌肉力量和控制，从而改善生活质量。

其次，外骨骼机器人技术可以通过传感器感知用户的动作，从而实现与病人的交互，让病人能够深刻感受到自己的动作和力量的变化，提高治疗效果。

最后，外骨骼机器人技术在体力和时间上的成本低，可以释放康复医生的时间，提高康复医疗效率。

但是，外骨骼机器人技术在康复治疗中还存在一些限制。

首先，外骨骼机器人技术的成本较高，需要较大的投入。

其次，外骨骼机器人技术需要进行数据分析和模型构建，需要医学、机械和计算机等多个领域的专业知识。

最后，外骨骼机器人技术的操作需要有专业的人员来操作，否则可能会存在安全隐患。

下肢外骨骼康复机器人及其关键技术研究李静-，朱凌云-，2@，苟向锋#，2(1.天津工业大学机械工程学院，天津300387;2.天津市现代机电装备技术重点实验室，天津300387)[摘要]介绍了国内外悬挂式和穿戴式下肢外骨骼康复机器人的研究现状，分析了下肢外骨骼康复机器人的机构自由度、驱动方式、驱动关节、训练模式、人机交互技术/感知技术等五大关键技术，指出了下肢外骨骼康复机器人存在关节活动度少、人机交互程度低、反应迟缓等问题，展望了下肢外骨骼康复机器人将以精简机械结构、提高续航能力、提升人机交互程度为发展重点。

[关键词]下肢康复机器人;外骨骼康复机器人;康复训练;机器人技术;人机交互[中国图书资料分类号]R318;T P242 [文献标志码]A[文章编号]1003-8868(2018)08-0095-06DOI ： 10.7687/j.issn l003-8868.2018.08.095Survey on exoskeleton lower limbs rehabilitation robot andkey technologiesLI Jing1, ZHU Ling-yun1,2*, GOU Xiang-feng1,2(1. School of Mechanical Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China;2. Tianjin Key Laboratory of Advanced Mechatronics Equipment Technology, Tianjin 300387, China)Abstract The domestic and international development status of the lower limb rehabilitation robot was reviewed. The robot had its key technologies analyzed including those for mechanism degree of freedom, driving mode, driving joint, training mode as well as human-computer interface/sensing, which had problems in joint motility, human-computer interaction, response velocity and etc. It’s pointed out that the robot be improved in mechanical structure, endurance and hum an-computerinteraction in the future. [Chinese Medical Equipment Journal ,2018,39(8)：95-100]Key words lower limbs rehabilitation robot; exoskeleton rehabilitation robot; rehabilitation training; robot technology; hu­man-computer interaction〇引言随着我国社会老龄化问题逐年严重、残疾人比 例逐年上升，老年人和残疾人的活动障碍问题尤为 突出。

外骨骼康复技术的研究与开发从科幻小说到现实生活，外骨骼（Exoskeleton）穿戴技术已老少皆宜，从医疗康复到工业生产，其功能及应用范围正不断扩大。

一个外骨骼康复机器人能让残疾人回归工作岗位；一个外骨骼生产线能提高劳动效率；一个外骨骼即战机能大幅减少飞行员的疲劳和伤亡，甚至拓展载人空间。

近年来，全球外骨骼康复研究迅速发展，许多科技公司和医院机构如Abilitech、Ekso Bionics和ReWalk Robotics等相继推出了外骨骼康复产品，并取得了非常显著的临床效果。

一、外骨骼康复技术简介外骨骼技术是一项复合性的跨学科技术，包括力学、控制、人体工程学、神经生理学、材料技术等多方面。

外骨骼康复器材是一套配备头戴显示器、脚踏刹车等各种传感器和控制干预系统的“骨架”，驱动承载器和运动设备完成对人体的辅助和替代运动。

外骨骼康复机器人可分为上肢外骨骼、下肢外骨骼、全身外骨骼等多类。

普通半机械化外骨骼只是提供简单机械式的支持，而全机械化外骨骼则可以精确地控制位移，从而使患者或军人具有释放更多的身体能量和任务实现效率。

二、外骨骼康复技术的优势外骨骼技术的特殊功能在于它能够为人们的身体运动提供支撑和帮助，因此得到了广泛的应用。

与传统康复治疗方法相比，外骨骼康复技术的优势主要体现在以下几个方面：1.控制能力：外骨骼康复技术可以通过控制力和转动轴产生精确的力量和扭矩，从而恢复患者的运动能力。

2. 自主性：外骨骼康复器材可以根据患者的身体状况自行调整和控制，具有自主性、智能性，减少了医师的操作难度和负担。

3.生理相似性：外骨骼康复器材与人体的运动学和生理学相符，可以更好地适应患者的运动模式和需求，提高运动效果。

4. 长时间持续性：外骨骼康复器材的使用时间理论上可以无限期延长，因此对于长期需要康复治疗的患者来说可以带来更好的康复效果。

三、外骨骼康复技术的现状和未来从研究到开发，外骨骼康复技术的应用前景令人兴奋。

《装备维修技术》2021年第7期外骨骼机器人的研究现状及发展趋势招润浩（欧司朗（中国）照明有限公司，广东 佛山 528000）摘 要：本文首先分析了外骨骼的机器人，现阶段研究的具体现状，然后对其在关键技术方面，对机器人的上肢结构、传感系统、智能人机的控制系统，进行了具体的分析，最后基于上述情况，在未来的发展趋势上，提出了具体的展望，以供各位业界同仁参考和指导。

关键词：外骨骼；机器人；下肢前言：外骨骼的机器人在近些年以来，作为对人体康复起到辅助作用的设备，得到了非常广泛的使用。

比如在民用领域，对老年人在正常的行动上，起到了很大的帮助作用；在医疗领域，对残疾人实现正常的生活，起到了辅助的作用，对医护在工作方面的压力起到了降低的作用等。

可以说是在各个领域，都发挥出了极大的作用，因此其未来的发展前景方面，会越来越光明、广阔。

1 研究现状随着科学技术不断的发展和进步，在智能控制的技术、仿生学的技术、材料技术、传感器的技术等，这些相关的领域在技术做出了突破。

外骨骼的机器人研究技术，也取得了不小的进步，尤其是下肢外骨骼的机器人。

外骨骼的机器人有三种类别。

第一种，外骨骼助力型的机器人。

大多面向健康的人群，帮助人在负载的能力上得到提高，在军事领域的应用，可以让士兵在负重的能力上得到增强。

在这个方面研制的最成功的，是HULC型外骨骼的机器人，总体的质量在32Kg左右，通过电池进行能量供给，蓄电池在满电的情况之下，能够让士兵的负重达到90Kg，再以16km/h的速度行走1.5个小时。

特点就是在设计时，仿照人体的组织结构，用钛合金制作机械腿，腿部的设计能够很好的与人体进行贴合，进而让穿戴者在运动的时候，在安全性、灵活性上得到有效的保障。

第二种，步态训练的康复型外骨骼的机器人。

使用的对象是，下肢的运动能力遭受损伤的患者，用来康复治疗，让患者通过进行不断的训练，逐渐的让下肢恢复行动的能力，实现自己独立行走。

美国的特拉华大学研究开发了一款，ALEX步态康复的机器人，经过临床试验之后发现，通过使用ALEX进行步态训练，其在行走时的步态和正常人类似，在步长、行走速度方面非常接近正常人，因此其在有效性方面得到了验证。

0引言科学技术的发展和医疗水平提高的同时，人均寿命延长，社会老龄群体和运动功能障碍患者数量逐年上升，对辅助运动和运动功能恢复的需求随之增大。

除了初期的康复治疗外，后期借助辅助医疗设备进行康复训练具有重大意义。

传统的治疗手段是由具有一定经验的康复医师一对一地对患者进行康复训练，该方法治疗效果好，但受康复医师人力所限，治疗成本高，治疗的时间、地点受限，通常不能达到预期效果。

为此，国内外医疗机构通常选用医疗机器人代替治疗师进行康复训练，这样不仅降低成本、提高治疗效果，还可以为患者提供安全可靠的治疗方案和手段[1]。

传统大型康复器械通常体积大、不可移动、训练模式单一、环境枯燥。

可穿戴下肢外骨骼康复机器人是机械、电子、人机交互、仿生学等交叉融合的学科，穿戴于患者肢体上，通过检测穿戴者的运动意图，辅助并保护其进行康复训练的智能化、机械化康复设备。

可穿戴下肢外骨骼康复机器人弥补了传统治疗方式的不足，摆脱了悬挂式等大型康复设备的场地局限性，备受社会关注[2]。

本文主要介绍可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研究状况，论述其关键技术，展望其发展方向。

1国内外研究现状1.1国外研究现状康复医疗机器人最早始于1890年俄罗斯人Yagn[3]设计的世界第一个增强跑跳能力的下肢外骨骼装置———Assistead-walking Device。

1965年，美国通用电气公司与康奈尔大学研制了全身外骨骼试验样机Hardiman[4-5]。

20世纪70年代初，南斯拉夫人Vukobratovic[6]系统性地提出了下肢动力外骨骼设计理论与方法，并研制出具有骨盆扭转补偿功能的电可穿戴下肢外骨骼康复机器人研究现状与发展趋势李龙飞1，朱凌云1，2*，苟向锋1，2（1.天津工业大学机械工程学院，天津300387；2.天津市现代机电装备技术重点实验室，天津300387）[摘要]介绍了国内外可穿戴下肢外骨骼康复机器人的研究现状，指出了该领域目前研究的热点问题。