近日，中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所科研人員在人機多維度適配與共融交互控制方面取得新進(jìn)展，面向偏癱患者下肢康復，設計了一款雙側髖-膝-踝全柔順驅動(dòng)康復外骨骼機器人，并提出了一種多層級交互控制方法。

下肢康復外骨骼機器人作為一種神經(jīng)功能重建技術(shù)，是通過(guò)“神經(jīng)可塑性”原理為運動(dòng)功能障礙患者提供運動(dòng)康復訓練，并實(shí)現受損機能重塑。對于偏癱人群，他們的雙側運動(dòng)功能呈現差異化，即患側具有弱運動(dòng)功能和異常步態(tài)模式，而健側則保留較高程度的運動(dòng)與感知能力，對康復提出了獨特的要求。目前現有的外骨骼機器人研究，多采用剛性驅動(dòng)關(guān)節與單一化控制方法，難以同時(shí)提供偏癱雙側運動(dòng)中患側康復矯正與健側柔順交互，限制了該人群通過(guò)外骨骼輔助康復的有效性。

為此，科研團隊設計了一種匹配人體關(guān)節自適應運動(dòng)特性的剛柔耦合驅動(dòng)關(guān)節，并構建了矢狀面內髖-膝-踝關(guān)節柔順驅動(dòng)康復外骨骼系統。該系統是基于一種多模態(tài)剛度特性的彈性元件，從而實(shí)現人體關(guān)節短程剛度特性的仿生映射，在技術(shù)上取得了康復外骨骼關(guān)鍵零部件的突破。團隊進(jìn)一步構建了柔順交互的驅動(dòng)-關(guān)節-構型多維度人機適配的輕量化系統性方案，從而實(shí)現柔順交互的驅動(dòng)-關(guān)節-構型多維度人機適配。

針對偏癱患者雙側差異化運動(dòng)機能與康復需求，團隊提出了一種“規劃-協(xié)同-控制”的多層次融合交互控制框架，突破了傳統控制方法在“完全引導”與“完全順應”之間的局限。通過(guò)結合多模板步態(tài)與實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋，該方法實(shí)現了耦合輔助下的生物力學(xué)特性重建與自適應規劃，并在關(guān)節級控制方面引入了阻抗渲染控制方法，實(shí)現剛柔耦合雙系統閉環(huán)穩定下的寬阻抗范圍交互控制。

該研究以Hip–Knee–Ankle Rehabilitation Exoskeleton with Compliant Actuators: From Human–Robot Interaction Control to Clinical Evaluation 為題發(fā)表于國際機器人領(lǐng)域期刊IEEE Transactions on Robotics。沈陽(yáng)自動(dòng)化所博士生陳萬(wàn)鑫為該論文第一作者，張弼副研究員、趙新剛研究員為本文通訊作者。

團隊長(cháng)期與遼寧省人民醫院開(kāi)展臨床合作，驗證了研究方法對運動(dòng)學(xué)重塑、步態(tài)模式自然性與雙側運動(dòng)對稱(chēng)性等關(guān)鍵康復目標的有效改善，具備臨床應用轉化價(jià)值。

團隊在外骨骼機器人與智能人機交互等研究領(lǐng)域深耕多年，陸續研制出面向老年人、患者人群的多類(lèi)康復機器人系統平臺，研究成果先后發(fā)表于IEEE T-RO,IEEE T-NSRE,The Innovation等國際期刊。以上研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃等項目的支持。（機器人學(xué)研究室）

論文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10758200

來(lái)源：中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所