可穿戴外骨骼助力机器人在体育中应用现状的研究

摘要：目的：为了努力提高国内外骨骼机器人的技术水平，特别是设计出适合于各种体育训练用途的外骨骼机器人结构，并提高其控制水平，发挥其应用优势，为进一步促进大众体育事业的高效发展及国民健康水平的稳健提升。方法：采用文献资料法、访谈法、归纳和演绎法。结果：总的来说我国在这方面的发展还是处于研究探索的阶段，虽已取得了巨大的进步但还有诸多不足之处。结论：国内外各大高校都在参与此项技术的研究，但应用领域宽而应用深度不够，还需进一步进行该项技术在体育运动领域中的应用研究。。

关键词：可穿戴;外骨骼;助力;体育

近年来，外骨骼机器人是军事、工业、体育、物流、医疗及农业等领域的研究热点，它的进一步发展很可能在体育中尤其是全面健身中掀起波澜。外骨骼机器人在医疗中的应用由来已久也衍生出了许多产品，如CPM、减重悬吊步行器、上肢机器人、手功能外骨骼机器人及下肢穿戴助力步行器等，在军事中有“勇士织衣”、“麦克法斯”手臂、模块化外骨骼等，引入体育运动中的外骨骼机器人。外骨骼助力机器人分为以由电力、液压、气压为动力来源的动力型，和常采用流体弹簧、涡卷弹簧、形状记忆合金、弹性软体材料的无动力型。可以助力、减伤、对伤病运动员的恢复、对普通人的运动、对患者自信心的恢复等都有极大的益处。目前全世界有关外骨骼机器人的相关研究一般出产于欧美等国家，欧洲相对而言该领域里研究更多一些，美国的设备产品营销更胜一筹。而国内从事外骨骼机器人相关研究的主要集中在高校、研究所、科技创新企业等，如南京理工大学、北京工业大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、华中科技大学、海军航空工程学院、中国科学院合肥智能机械研究所、大艾外骨骼机器人、上海傅里叶外骨骼机器人以及杭州程天科技悠行等，也取得了一定的阶段性成果。随着体育运动领域中多种长距离、高强度、高风险性运动的爱好者逐渐增多，如远足徒步、自行车旅行、弹跳运动、跳伞、滑翔翼、徒手攀岩，但受伤人数也随之增多，而通过使用可穿戴外骨骼助力机器人，可有效降低受伤概率、疲劳感及防止运动过度对人体软组织破坏和关节的磨损。但外骨骼机器人在体育运动中还没有被大众熟知，但广泛应用是它的发展趋势，希望可以探究当前此项技术的使用现状，与相关领域的研究人员进行多方面的沟通与交流。

一、研究方法

查阅相关文献资料，与相关专家及教师等探讨研究，最后总结归纳。

二、研究结果

自1830年外骨骼机器人创意被英国人罗伯特∙西摩提出以来至今，各国都在致力于此项研究，发明和申报了多项专利，并推广至民用和军用方面多领域使用。当前，我国外骨骼机器人技术已在生物电传感器、微处理器、材料学和控制评估策略相关研究等方面取得突破，也已应用到体育及国民身体素质训练的诸多领域，将有效提升教育中相关体育训练的教学质量及辅助增强运动康复训练效果，但还有诸多不足之处。第一，科研进展方面，面临多种技术挑战，如设备信息收集分析精确度控制、步态稳定控制、多传感器数据融合、优化控制算法、强大承载能力、轻质先进材料、动力驱动技术及能源与人机协同等技术挑战。第二，产品设计方面，产品设计形态和动作器种类单一，缺少针对性，军用和医用设备较多，民用设备较少，且重复率高缺乏创新点，大多产品忽略用户的个人安全保障，缺乏对社会的大数据分析，且许多产品存在于初期阶段，市场上成熟的商品较少。第三，与体育融合方面，体育项目种类繁多，人群总量较大，人机交互程序复杂繁琐、时间耗费过久，与体育的融合不够紧密，实际推广应用较难。第四，群众接受度方面，该类设备和产品对体育应用中现实个例研究较少，多为公司或高校在封闭性研发，社会上认可度和接纳度较低。第五，商品销售方面，目前可穿戴类外骨骼机器人设备所具备的功能有限，整体形象和外观造型雷同且缺乏美感，缺乏资本的投入，也没有吸引普通用户购买的优势，影响设备产品的销售。

三、研究结论

总体而言，国内外各大高校都在参与此项技术的研究，但应用领域宽而应用深度不够，还需进一步进行该项技术在体育运动领域中的应用研究。国内可穿戴外骨骼助力机器人研制出了不少外骨骼机器人样机，但在科研进展、产品设计、与体育的融合、群众接受及商品销售方面都有需要巨大的改进空间。但外骨骼机器人造型设计仍有很大的提升空间，强化中枢-外周神经诱导功能，探索人体异构型外骨骼结构的新奇设计，充分发挥体育训练过程中的外骨骼机器人辅助保护作用，是探索新的体育训练方式发展的重要研究方向。

参考文献

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作者简介：蒋静雅（1993-），女，汉，河南永城人，助教，硕士，江苏护理职业学院，研究方向：运动损伤的康复与预防