外骨骼助力機(jī)器人

“下肢外骨骼助力機(jī)器人”項目項目研發(fā)過程及成果國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀研究背景與意義匯報內(nèi)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(fù)雜環(huán)境勞動農(nóng)林艱苦行業(yè)軍用徒步運(yùn)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(yùn)輸、生產(chǎn)節(jié)省成本術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練需求引領(lǐng)技術(shù)突破，數(shù)量決定市場推廣，技術(shù)儲備與國內(nèi)產(chǎn)品市場空白，給予我們創(chuàng)造自己品牌的機(jī)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(shù)后康復(fù)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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀研究：應(yīng)用領(lǐng)域多，需求旺盛，市場廣闊，多國已經(jīng)投入科技團(tuán)隊及資金助力課題研發(fā)過程穩(wěn)定推進(jìn)！國外下肢外骨骼助力裝備：目前，各國都投入了相當(dāng)?shù)娜肆?、物力開展助力裝備研發(fā)。結(jié)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(guān)科研成果居多。

日本HAL系列機(jī)器人以色列Rewalk機(jī)器人軍用外骨骼機(jī)器人機(jī)動外骨骼“XOS”法國外骨骼機(jī)器人筑波大學(xué)RewalkRobotics公司加州大學(xué)伯克利分校麻省理工學(xué)院法國防務(wù)公司國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀市場：價格昂貴，市場應(yīng)用單一，跨領(lǐng)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(yùn)行情況2014年上市融資5000萬美金，2013年營收達(dá)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(jī)構(gòu)進(jìn)行采購并試用。覆蓋領(lǐng)域也比較單一。

中科院合肥智能機(jī)械研究所…截癱步行器EXOP-1可穿戴型助殘助老智能機(jī)器人PRMI機(jī)器人外骨骼機(jī)器人清華大學(xué)中科院常州先進(jìn)所中國科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所電子科技大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)國內(nèi)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(nèi)外推廣繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計參加創(chuàng)新項目年會研究團(tuán)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(shè)計，突破成果轉(zhuǎn)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(shè)計輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計更具工業(yè)設(shè)計理念助力效果更加明顯助力裝備虛擬樣機(jī)仿真項目研發(fā)過程及成果利用現(xiàn)代設(shè)計理論和技術(shù)，對助力骨骼裝備的功能、安全性進(jìn)行仿真分析，精細(xì)化設(shè)計，節(jié)省成本！項目研發(fā)過程及成果結(jié)構(gòu)輕便、人性化設(shè)計大小腿長度可調(diào)綁帶固定位置傳感器固定位置背部腰托設(shè)計推桿電機(jī)限位開關(guān)多傳感器信息采集與控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件助力機(jī)器人總體框圖項目研發(fā)過程及成果建立上位機(jī)控制與反饋系統(tǒng)等，外骨骼助力裝備軟件、硬件設(shè)計團(tuán)隊不斷磨合，清晰設(shè)計框圖！系統(tǒng)控制板、電源板、電機(jī)驅(qū)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(tuán)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(yīng)！項目研發(fā)過程及成果兩年來，研究團(tuán)隊在校、院各級領(lǐng)導(dǎo)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(quán)，專利的取得也為后續(xù)成果市場推廣墊底堅實基礎(chǔ)！項目研發(fā)過程及成果近兩年來，團(tuán)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(xué)校、學(xué)院各級高度重視，下一步我們將集中力量進(jìn)行難點攻堅并推向市場！中共中央政治局委員、副總理劉延?xùn)|

參觀我院創(chuàng)新項目成果“助力機(jī)器人”課題研究及商業(yè)計劃穩(wěn)定團(tuán)隊規(guī)模，突破技術(shù)難點，豐富團(tuán)隊職能，確定1-2個重點應(yīng)用領(lǐng)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(nèi)重點攻關(guān)的幾個問題課題組重點關(guān)注及發(fā)展的幾個應(yīng)用領(lǐng)域特種行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)醫(yī)療康復(fù)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(shù)后康復(fù)患者以下肢殘疾人、老年人行走助力、術(shù)后康復(fù)訓(xùn)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(tuán)隊將聯(lián)合學(xué)院多名成果轉(zhuǎn)化經(jīng)驗豐富、組織管理能力強(qiáng)的教師加入，共同奮斗！下肢術(shù)后康復(fù)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(yù)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(fù)行業(yè)領(lǐng)軍品牌15年內(nèi)延長產(chǎn)業(yè)鏈并向國外市場拓延發(fā)展前期目標(biāo)主要是進(jìn)入醫(yī)療康復(fù)市場中后期逐步向工業(yè)及特種行業(yè)市場推廣。技術(shù)創(chuàng)新，帶動市場效益，市場效益反哺學(xué)院、企業(yè)轉(zhuǎn)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(tuán)隊積極探索對外合作！助力設(shè)備進(jìn)一步開放和市場化推進(jìn)需要大量資金支持！需要使用精密的電機(jī)和驅(qū)動器等設(shè)備用于研發(fā)。實驗場地不足，沒有專門的助力機(jī)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(shè)計開發(fā)2套結(jié)構(gòu)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(jī)，投入資金46萬元。2017年1月：實現(xiàn)小規(guī)模生產(chǎn)，進(jìn)行市場推廣。資源支撐與利用研究團(tuán)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(jī)需求分析完全支撐型外骨骼機(jī)器人

BJFU-WALKER1序號研究機(jī)構(gòu)（國家）用途驅(qū)動器類型及輸出力1延世大學(xué)（韓國）下肢麻痹患者使用200WBLDC電機(jī)+諧波減速器髖關(guān)節(jié)力矩：79.3Nm膝關(guān)節(jié)力矩：42.2Nm2人機(jī)認(rèn)知研究所（佛羅里達(dá)州）癱瘓患者使用RSEA：MoogBN34-25EU-02無刷電機(jī)+諧波減速器（100:1）輸出力矩：80Nm3馬德里機(jī)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(jī)+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(jī)+減速器（100:1）資源支撐與利用電機(jī)需求分析人機(jī)協(xié)調(diào)型外骨骼機(jī)器人

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