[00335118]穿戴式下肢外骨骼智能康复机器人智能装备

一课题来源与背景 本项目是产学研的成功典范,源于科技部十二五支撑计划（穿戴式下肢外骨骼减重康复系统关键技术研究及应用示范,2012-2014）,并获北京市科技计划（穿戴式下肢外骨骼智能康复机器人系统研制,2012-2014）、国家自然科学基金（外骨骼机器人柔性变刚度机构原理及康复机理研究,2013-2016）的基金支持。于2017年3月通过验收,4月转化于北京大艾机器人科技有限公司（由北京*大学原始研发团队组建成立）,由大艾公司负责产业化实现。 本项目以恢复和提升截瘫、偏瘫、脑瘫等下肢功能障碍患者的行走能力为目标,探索了一种新的康复治疗手段,为患者提供了专业、系统、有效的康复解决方案,能够有效解决当前康复领域的疑难痛点,为康复领域带来了全新的治疗方式和思维。 二技术原理及性能指标 行走是人类基本运动,本项目基于对人体运动机理、生物力学模型、患者下肢康复机理的研究,为他们提供了一双带有智能助力的机械腿,穿戴在患者身体外部,为其提供保护、身体支撑和直立行走等功能。 外骨骼机器人模仿正常人的行走运动,由安装在外骨骼的伺服驱动器驱动髋、膝、踝等关节运动,通过各关节角度、速度和加速度值实现与人体的协调运动并提供助力,使患者用很小的力量就可以完成踩踏循环,实现行走。 外骨骼机器人自由度为8;髋关节到膝关节距离可调节范围为385mm-475mm,膝关节高踝关节距离可调范围为415mm-495mm;步速可调范围为2.45s/步-5.25s/步;最大压应力291MPa＜TC4的屈服强度830MPa;步态周期可调整,范围为2s-5.25s;外骨骼机器人步态跟踪误差小于等于1°。 三技术的创造性与先进性 本项目在机构设计、步态规划及控制策略等方面具有创造性 1.构建基于新型生物力学仿人相容的外骨骼新机构。以人体行走生物力学为基础,人机交互安全为目标,建立了人体生物力学模型和关键部件性能优化模型,完成了新型机构设计; 2.建立基于多模态传感与人机智能融合的外骨骼控制新方法。构建了多模态感知传感网络及类仿生感知交互策略,建立了下肢肌肉-骨骼仿生机器人的动力学模型及外骨骼机器人稳定行走控制策略; 3.建立基于仿生柔顺控制理论的仿人康复行走步态规划策略。建立行走相关肌群正确协调控制机制,构建患者步态个性化调整机制,助力患者便捷应用与有效康复; 4.建立基于患者运动障碍特点的仿人行走康复策略。根据不同病症运动能力及特点,构建了人机交互渐进、多模态混合控制策略与训练体系,激活患者主动行走控制机制,助力患者脑功能重塑。 本项目来源于国家自然科学基金,其技术先进性受到了国家的肯定。2016年被国际智慧医疗创新论坛评为最佳创新数字医疗器械,2017年被评定为全国首个二类创新医疗器械产品,此又经过数百例临床验证,于18年6月获得我国首个外骨骼机器人CFDA注册证。推动了康复机器人领域新兴产业发展的进程,填补了同内市场空白。 四技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目通过对下肢功能障碍患者需求和治疗方案的大量调研,对穿戴式下肢外骨骼康复机器人关键技术的研究,历经十几个版本迭代,获得相关专利授权15项,另有13项处于实审阶段。并在实际研发过程中,成功研发制造出外骨骼康复机器人系列产品（艾康台架型机器人、艾动双足型机器人）,通过了型式检验和EMC电磁兼容检验,取得北京市医疗器械检验所的出具的检验报告。积累完成了数百例临床案例,成功获得了国家药监局颁发的产品注册证,实现了专利到产品的成功转化,技术成熟度高。 本项目适用于因脊髓损伤导致的截瘫、因中风导致的偏瘫以及儿麻、脑瘫、运动失能等下肢功能障碍患者。为确保这些使用对象在穿戴使用外骨骼机器人时的安全,本项目在上层控制程序对各个关节运动进行限位的基础上,又在底层机械和电路的增设硬限位,当外骨骼在检测到关节到达机械限位时,自动切断电源或使关节反向缓慢运动到安全初始位置,从而避免伤害操作者。同时在膝、髋、踝的自由度设计上符合人体关节特性,确保其运动形式与人的运动形式相同,且关节有一定的运动范围,不限制人体运动,以确保安全。 五应用情况及存在的问题 本项目是中国首款成果化的智能外骨骼机器人医疗装备,根据数百例临床病例可以了解到： 外骨骼机器人行走康复治疗方式对患者具有巨大吸引力;合理的机器人设计能够确保患者在使用过程中的安全性;穿戴实现精准快速适配,适应各种身高患者需求;康复训练效果显著,能够有效改善患者运动、消化、二便及心理状态,且在一定程度上减少了肌肉废用性萎缩、下肢关节挛缩等并发症的发生;本项目能够记录详实的步态等康复数据,对患者的行走康复水平进行评价,康复师对外骨骼康复机器人的应用前景表示乐观。 六历年获奖情况 1.2016年中国双创25强 2.2016年最佳创新数字医疗器械奖 3.2017年获得由中国政府和英国皇室联合举办的龙门创将全球创新创业大赛中国冠军,全球亚军 4.2017首届中国高校科技成果交易会特别金奖 5.IHF国际健康基金机构颁发的2017康复界风云企业入围奖