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【出彩90后】何胜利团队和他们的“钢铁侠”
来源:交大新闻网 日期 2017-05-03 16:53 点击:

初次见到下肢外骨骼康复机器人的时候,它就像一个简化版的“钢铁侠”。 赋予它“生命”的是一群来自西安交大机械专业的研究生,他们的创新项目突破了以往下肢功能障碍患者被动配合机器人的局限,逐渐实现了机器人感知患者意图进行协调配合的目标。今年春天,何胜利和他的研发团队带领着“钢铁侠”,拿下了2016年西安交大机器人创意设计大赛一等奖。

从零开始,让好点子落地生根

随着我国老龄化社会趋势的加剧,以及各种引起肢体功能丧失的突发性事故频频发生,下肢功能障碍患者日益增多。在导师朱爱斌的启发和帮助下,何胜利调研发现,市场现有下肢助行康复器械种类少、模式单一,“能不能设计一种机器人可以代替有限的医护人员,帮助患者进行下肢康复训练,真正实现他们自主行走的愿望?”

为此,何胜利走访了一附院的相关老师,跨专业交流碰撞出的火花,让他脑中朦胧的想法逐渐成为一个明晰的研发计划。在老师们的帮助下,他查找了大量国内外相关资料,发现美国rewalk等外骨骼机器人技术发展较为成熟,而国内在该机器人的研发应用领域仍有许多空白。存在着问题就说明存在着机遇,何胜利敏锐地看到了外骨骼机器人广阔的发展前景,组起了一支五个人的研发团队,从设计传动简图开始,一步一步向梦想迈进。

大胆创新,研发就是不走寻常路

经过无数次的讨论与实践,何胜利团队的康复机器人最终由控制、驱动、结构三部分组成,以安装在外骨骼的伺服驱动器引导关节运动,以机器移动带动腿部移动来达到与人体行动相协调、为患者行走提供助力的目的。它兼具了架构简洁、穿戴简便,助行模式因地制宜等优点。

针对目前我国外骨骼可穿戴机器人存在的机械与肢体运动的协调性、控制的智能柔顺性、结构的合理安全性等问题,何胜利团队富有创意地提出设立下肢运动特征的大数据库进行定制化步态设计,在大数据的支持下,患者可以从中选择一种最符合自己行走习惯的步态模式,这种创新更加尊重患者的需求,使机器人来服务患者,而不是患者去配合机器人。

他们还强化了外骨骼机器人结构和运动控制的合理性,同时加入智能化运动意图判断技术,这意味着患者将不用再手动改变机器人的移动方向和行进速度,只需几个手势语音甚至是一个想法,机器人便能用自己的“读心术”预知患者的需要。另外,他们也注重精进外骨骼护具制作的个人适配性,升级之后的“钢铁侠”致力于做患者的另一双能自由行走的双腿。简单来说,与同类机器人相比,何胜利团队的产品穿戴更轻便,操作更简单,更加“通人性”。

相互扶持,追梦路上披荆斩棘

研发过程中,何胜利和小伙伴们攻克了一个又一个技术难关。研发伊始,如何准确进行步态测量,收集数据便成了摆在他们面前的一道难题,由于实验室缺少相关器材,何胜利和师弟们考虑用九州陀螺仪传感器作替代品进行测量,但是陀螺仪无法稳定固定在人的下肢,收集到的步态数据误差较大,无法作为参考。好在学校还有很多相关项目让他们取经,在跟上肢康复项目组同学交流经验时,他们了解到曲江校区有一台三维步态分析仪,这对他们来说无疑是一阵“及时雨”。借助学校丰富的技术资源,何胜利团队成功解决了外骨骼步态测量的问题。

一年多的研发过程中,不仅是机器人在不断调试,团队成员之间也在不断磨合。实验中,大家常常因为不同的想法和方案展开激烈争论。限位装置是保障机器人安全运行的保险栓,针对限位装置设计,大家提出了四五种各具优势的设计方案,各方观点争论不下,在进行了多次试验,请教导师意见之后,他们找到了打孔插销式方法,兼顾了精度高、造价少的优点。这种成员间的争论,往往是他们创新的源头,也成为了实验室的日常乐趣之一。

“我们的机器人还存在很大的提升空间。”何胜利告诉记者,交大的脑电技术走在全国前列,团队还希望通过与学校脑电项目的合作,将这项技术应用于骨骼机器人的研发中。随着脑电与肌电技术的引入,骨骼机器人的操作将更加便捷,只要一个手势或想法,机器人便能感知患者意图提供行走助力,真正实现人机合一。下一步,何胜利与他的队员们准备继续创立步态大数据分析平台,使每个用户都能在平台上找到最合适的定制化步态模式。畅想未来,截瘫、偏瘫等行走不便的患者在机器人的帮助下像正常人一样自由行走,将不再只是存在于科幻电影中的情景。

从室内走到室外,从教研室走到领奖台前,何胜利坚定了自己的追求,“只要脚踏实地一步一步走下去,总会到达想去的地方。我们会在智能医疗的领域里走得更远。”

作者:通讯社 任昭颖
摄影:通讯社 钱荣凯 机械学院
编辑:星 火

 
 
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