外骨骼助力機器人

“下肢外骨骼助力機器人”項目項目研發(fā)過程及成果國內外發(fā)展現(xiàn)狀研究背景與意義匯報內容資源支撐與利用課題研究及商業(yè)計劃研究背景與意義新生活復雜環(huán)境勞動農(nóng)林艱苦行業(yè)軍用徒步運輸軍工健康醫(yī)療下肢殘疾人及下肢乏力老年人行走助力工業(yè)生產(chǎn)運輸、生產(chǎn)節(jié)省成本術后康復訓練需求引領技術突破，數(shù)量決定市場推廣，技術儲備與國內產(chǎn)品市場空白，給予我們創(chuàng)造自己品牌的機會！下肢殘疾人一輩子只能坐著輪椅出行，再也無法站立起來，無法實現(xiàn)自理；老年人及下肢術后康復需要特殊裝備；工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)林等艱苦行業(yè)中，急需助力裝備；軍事上，提高單兵作戰(zhàn)能力。目前，在我國民用市場或特種行業(yè)還沒有具備相似功能的產(chǎn)品或科研成果問世！國內外發(fā)展現(xiàn)狀研究：應用領域多，需求旺盛，市場廣闊，多國已經(jīng)投入科技團隊及資金助力課題研發(fā)過程穩(wěn)定推進！國外下肢外骨骼助力裝備：目前，各國都投入了相當?shù)娜肆?、物力開展助力裝備研發(fā)。結合自身國情，在智慧城市、快捷生產(chǎn)、軍事軍工等方面開展針對性研究，并取得了一定的成果。主要以美國、日本、瑞典等國家的相關科研成果居多。

日本HAL系列機器人以色列Rewalk機器人軍用外骨骼機器人機動外骨骼“XOS”法國外骨骼機器人筑波大學RewalkRobotics公司加州大學伯克利分校麻省理工學院法國防務公司國內外發(fā)展現(xiàn)狀市場：價格昂貴，市場應用單一，跨領域推廣難度大，難以適配中國國情！上市產(chǎn)品RewalkEksoRex國家以色列美國新西蘭運行情況2014年上市融資5000萬美金，2013年營收達160萬美元以軍用為主，市場多為美國軍方采購已上市但售價較高售價（美金）6-13萬7-10萬10-15萬目前，國外外骨骼助力裝備價格昂貴，主要是由政府、軍工、醫(yī)院等資金充足的機構進行采購并試用。覆蓋領域也比較單一。

中科院合肥智能機械研究所…截癱步行器EXOP-1可穿戴型助殘助老智能機器人PRMI機器人外骨骼機器人清華大學中科院常州先進所中國科學院合肥智能機械研究所電子科技大學哈爾濱工業(yè)大學國內外發(fā)展現(xiàn)狀目前在我國已經(jīng)成為研究熱點。2014年10月2015年6月2014年5月對比國外成品實現(xiàn)層次提升實現(xiàn)校內外推廣繼續(xù)優(yōu)化設計參加創(chuàng)新項目年會研究團隊多方籌措資源，吸引人才，希望實現(xiàn)產(chǎn)品市場化、功能化、個性化設計，突破成果轉化困局！項目研發(fā)過程及成果產(chǎn)品性能提升實現(xiàn)整體系統(tǒng)設計輕量化結構設計更具工業(yè)設計理念助力效果更加明顯助力裝備虛擬樣機仿真項目研發(fā)過程及成果利用現(xiàn)代設計理論和技術，對助力骨骼裝備的功能、安全性進行仿真分析，精細化設計，節(jié)省成本！項目研發(fā)過程及成果結構輕便、人性化設計大小腿長度可調綁帶固定位置傳感器固定位置背部腰托設計推桿電機限位開關多傳感器信息采集與控制系統(tǒng)上位機軟件助力機器人總體框圖項目研發(fā)過程及成果建立上位機控制與反饋系統(tǒng)等，外骨骼助力裝備軟件、硬件設計團隊不斷磨合，清晰設計框圖！系統(tǒng)控制板、電源板、電機驅動器足底壓力、下肢加速度檢測系統(tǒng)、遙控器項目研發(fā)過程及成果從軟件到硬件，研究團隊不斷優(yōu)化計算方法，追求更高效的計算和最迅速的硬件響應！項目研發(fā)過程及成果兩年來，研究團隊在校、院各級領導和自身不懈努力下，取得了豐碩的科研成果，下圖為兩個發(fā)明專利和兩份軟件著作權，專利的取得也為后續(xù)成果市場推廣墊底堅實基礎！項目研發(fā)過程及成果近兩年來，團隊共發(fā)表SCI論文2篇，EI論文5篇，中文期刊3篇。項目研發(fā)過程及成果課題成果得到學校、學院各級高度重視，下一步我們將集中力量進行難點攻堅并推向市場！中共中央政治局委員、副總理劉延東

參觀我院創(chuàng)新項目成果“助力機器人”課題研究及商業(yè)計劃穩(wěn)定團隊規(guī)模，突破技術難點，豐富團隊職能，確定1-2個重點應用領取，開展針對性研究！市場化產(chǎn)品第一步：提升性能，完善系統(tǒng)第二步：現(xiàn)場測試第三步：規(guī)模生產(chǎn)未來兩年內重點攻關的幾個問題課題組重點關注及發(fā)展的幾個應用領域特種行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)醫(yī)療康復Text適用于下肢殘疾人適用于下肢乏力的老年人適用于下肢術后康復患者以下肢殘疾人、老年人行走助力、術后康復訓練市場為切入點，將外骨骼助力裝備投入市場。課題研究及商業(yè)計劃我國殘疾人總數(shù)約占全國人口的5%，近6000萬人，其中雙腿行動不便的約占三分之一，即2000萬左右。我國60歲以上老年人總數(shù)約1.32億人，保守估計其中3%下肢行動不便，即400萬人左右。下一步，研究團隊將聯(lián)合學院多名成果轉化經(jīng)驗豐富、組織管理能力強的教師加入，共同奮斗！下肢術后康復患者大約100萬。市場總需求2500萬人按1%的市場計算，即25萬套低于國外市場售價（10萬元人民幣）每臺盈利1萬元左右巨大的市場利潤預期盈利25億元人民幣課題研究及商業(yè)計劃6-10年成為康復行業(yè)領軍品牌15年內延長產(chǎn)業(yè)鏈并向國外市場拓延發(fā)展前期目標主要是進入醫(yī)療康復市場中后期逐步向工業(yè)及特種行業(yè)市場推廣。技術創(chuàng)新，帶動市場效益，市場效益反哺學院、企業(yè)轉型，所做的一切，都是為了讓有需要的人生活得更加幸福！目前與北京清華長庚醫(yī)院聯(lián)系現(xiàn)場測試及后續(xù)合作計劃資源支撐與利用研究團隊積極探索對外合作！助力設備進一步開放和市場化推進需要大量資金支持！需要使用精密的電機和驅動器等設備用于研發(fā)。實驗場地不足，沒有專門的助力機器人實驗室，希望和公司合作共建聯(lián)合實驗室。近兩年工作計劃2015年1月：建立聯(lián)合創(chuàng)新實驗室；投入資金10萬元。2015年1月-12月：設計開發(fā)2套結構優(yōu)化、性能提升的行走助力裝置；投入資金50萬元。2015年10月-2016年6月：臨床測試，完善功能；投入資金40萬元。2016年7月-12月：加工制造最終版樣機，投入資金46萬元。2017年1月：實現(xiàn)小規(guī)模生產(chǎn)，進行市場推廣。資源支撐與利用研究團隊將以百分百的努力實現(xiàn)成果的產(chǎn)出！資源支撐與利用電機需求分析完全支撐型外骨骼機器人

BJFU-WALKER1序號研究機構（國家）用途驅動器類型及輸出力1延世大學（韓國）下肢麻痹患者使用200WBLDC電機+諧波減速器髖關節(jié)力矩：79.3Nm膝關節(jié)力矩：42.2Nm2人機認知研究所（佛羅里達州）癱瘓患者使用RSEA：MoogBN34-25EU-02無刷電機+諧波減速器（100:1）輸出力矩：80Nm3馬德里機器人自動化中心（西班牙）8歲孩子：四肢癱患者使用無刷Maxon電機+諧波減速器峰值力矩：57Nm平均力矩：32Nm4NecmttinErbakanUniversity（土耳其）殘疾人使用24V/100W直流伺服電機+減速器（100:1）資源支撐與利用電機需求分析人機協(xié)調型外骨骼機器人

BJFU-WALKER2序號研究機構（國家）用途驅動器類型及輸出力1筑波大學（日本）下肢麻痹患者使用直流伺服電機+諧波減速器2名古屋大學（日本）下肢麻痹患者使用直流伺服電機3卡洛斯三世大學（西班牙）患者使用髖：24V/90WMaxon直流電機+諧波減速器（100:1）最大持續(xù)力矩：39Nm膝、踝：24V/70WMaxon直流電機+諧波減速器（160:1）最大持續(xù)力矩：20.8Nm4新加坡國立大學康復機器人Maxon直流無刷電機+減速器+絲杠螺母最大輸出力：700N5南里奧格蘭德聯(lián)邦大學（巴西）脊髓損傷患者使用24V/150W直流電機+行星齒輪減速器+絲杠螺母6特拉華大學（美國）中風患者使用線性驅動器峰值力矩：50Nm資源支撐與利用電機需求分析髖關節(jié)電機，減速后要求轉速10rpm以上，扭矩150Nm以上，功率150w以上膝關節(jié)電機，減速后要求轉速17rpm以上，扭矩50Nm以上，功率90w以上BJFU-WALKER1BJFU-WALKER2髖關節(jié)電機，減速后要求轉速10rpm以上，扭矩1