可穿戴外骨骼助力機(jī)器人在體育中應(yīng)用現(xiàn)狀的研究

摘要：目的：為了努力提高國(guó)內(nèi)外骨骼機(jī)器人的技術(shù)水平，特別是設(shè)計(jì)出適合于各種體育訓(xùn)練用途的外骨骼機(jī)器人結(jié)構(gòu)，并提高其控制水平，發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，為進(jìn)一步促進(jìn)大眾體育事業(yè)的高效發(fā)展及國(guó)民健康水平的穩(wěn)健提升。方法：采用文獻(xiàn)資料法、訪談法、歸納和演繹法。結(jié)果：總的來(lái)說(shuō)我國(guó)在這方面的發(fā)展還是處于研究探索的階段，雖已取得了巨大的進(jìn)步但還有諸多不足之處。結(jié)論：國(guó)內(nèi)外各大高校都在參與此項(xiàng)技術(shù)的研究，但應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挾鴳?yīng)用深度不夠，還需進(jìn)一步進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。。

關(guān)鍵詞：可穿戴;外骨骼;助力;體育

近年來(lái)，外骨骼機(jī)器人是軍事、工業(yè)、體育、物流、醫(yī)療及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，它的進(jìn)一步發(fā)展很可能在體育中尤其是全面健身中掀起波瀾。外骨骼機(jī)器人在醫(yī)療中的應(yīng)用由來(lái)已久也衍生出了許多產(chǎn)品，如CPM、減重懸吊步行器、上肢機(jī)器人、手功能外骨骼機(jī)器人及下肢穿戴助力步行器等，在軍事中有“勇士織衣”、“麥克法斯”手臂、模塊化外骨骼等，引入體育運(yùn)動(dòng)中的外骨骼機(jī)器人。外骨骼助力機(jī)器人分為以由電力、液壓、氣壓為動(dòng)力來(lái)源的動(dòng)力型，和常采用流體彈簧、渦卷彈簧、形狀記憶合金、彈性軟體材料的無(wú)動(dòng)力型。可以助力、減傷、對(duì)傷病運(yùn)動(dòng)員的恢復(fù)、對(duì)普通人的運(yùn)動(dòng)、對(duì)患者自信心的恢復(fù)等都有極大的益處。目前全世界有關(guān)外骨骼機(jī)器人的相關(guān)研究一般出產(chǎn)于歐美等國(guó)家，歐洲相對(duì)而言該領(lǐng)域里研究更多一些，美國(guó)的設(shè)備產(chǎn)品營(yíng)銷更勝一籌。而國(guó)內(nèi)從事外骨骼機(jī)器人相關(guān)研究的主要集中在高校、研究所、科技創(chuàng)新企業(yè)等，如南京理工大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、海軍航空工程學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所、大艾外骨骼機(jī)器人、上海傅里葉外骨骼機(jī)器人以及杭州程天科技悠行等，也取得了一定的階段性成果。隨著體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中多種長(zhǎng)距離、高強(qiáng)度、高風(fēng)險(xiǎn)性運(yùn)動(dòng)的愛(ài)好者逐漸增多，如遠(yuǎn)足徒步、自行車旅行、彈跳運(yùn)動(dòng)、跳傘、滑翔翼、徒手攀巖，但受傷人數(shù)也隨之增多，而通過(guò)使用可穿戴外骨骼助力機(jī)器人，可有效降低受傷概率、疲勞感及防止運(yùn)動(dòng)過(guò)度對(duì)人體軟組織破壞和關(guān)節(jié)的磨損。但外骨骼機(jī)器人在體育運(yùn)動(dòng)中還沒(méi)有被大眾熟知，但廣泛應(yīng)用是它的發(fā)展趨勢(shì)，希望可以探究當(dāng)前此項(xiàng)技術(shù)的使用現(xiàn)狀，與相關(guān)領(lǐng)域的研究人員進(jìn)行多方面的溝通與交流。

一、研究方法

查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，與相關(guān)專家及教師等探討研究，最后總結(jié)歸納。

二、研究結(jié)果

自1830年外骨骼機(jī)器人創(chuàng)意被英國(guó)人羅伯特?西摩提出以來(lái)至今，各國(guó)都在致力于此項(xiàng)研究，發(fā)明和申報(bào)了多項(xiàng)專利，并推廣至民用和軍用方面多領(lǐng)域使用。當(dāng)前，我國(guó)外骨骼機(jī)器人技術(shù)已在生物電傳感器、微處理器、材料學(xué)和控制評(píng)估策略相關(guān)研究等方面取得突破，也已應(yīng)用到體育及國(guó)民身體素質(zhì)訓(xùn)練的諸多領(lǐng)域，將有效提升教育中相關(guān)體育訓(xùn)練的教學(xué)質(zhì)量及輔助增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練效果，但還有諸多不足之處。第一，科研進(jìn)展方面，面臨多種技術(shù)挑戰(zhàn)，如設(shè)備信息收集分析精確度控制、步態(tài)穩(wěn)定控制、多傳感器數(shù)據(jù)融合、優(yōu)化控制算法、強(qiáng)大承載能力、輕質(zhì)先進(jìn)材料、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)及能源與人機(jī)協(xié)同等技術(shù)挑戰(zhàn)。第二，產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，產(chǎn)品設(shè)計(jì)形態(tài)和動(dòng)作器種類單一，缺少針對(duì)性，軍用和醫(yī)用設(shè)備較多，民用設(shè)備較少，且重復(fù)率高缺乏創(chuàng)新點(diǎn)，大多產(chǎn)品忽略用戶的個(gè)人安全保障，缺乏對(duì)社會(huì)的大數(shù)據(jù)分析，且許多產(chǎn)品存在于初期階段，市場(chǎng)上成熟的商品較少。第三，與體育融合方面，體育項(xiàng)目種類繁多，人群總量較大，人機(jī)交互程序復(fù)雜繁瑣、時(shí)間耗費(fèi)過(guò)久，與體育的融合不夠緊密，實(shí)際推廣應(yīng)用較難。第四，群眾接受度方面，該類設(shè)備和產(chǎn)品對(duì)體育應(yīng)用中現(xiàn)實(shí)個(gè)例研究較少，多為公司或高校在封閉性研發(fā)，社會(huì)上認(rèn)可度和接納度較低。第五，商品銷售方面，目前可穿戴類外骨骼機(jī)器人設(shè)備所具備的功能有限，整體形象和外觀造型雷同且缺乏美感，缺乏資本的投入，也沒(méi)有吸引普通用戶購(gòu)買(mǎi)的優(yōu)勢(shì)，影響設(shè)備產(chǎn)品的銷售。

三、研究結(jié)論

總體而言，國(guó)內(nèi)外各大高校都在參與此項(xiàng)技術(shù)的研究，但應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挾鴳?yīng)用深度不夠，還需進(jìn)一步進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。國(guó)內(nèi)可穿戴外骨骼助力機(jī)器人研制出了不少外骨骼機(jī)器人樣機(jī)，但在科研進(jìn)展、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、與體育的融合、群眾接受及商品銷售方面都有需要巨大的改進(jìn)空間。但外骨骼機(jī)器人造型設(shè)計(jì)仍有很大的提升空間，強(qiáng)化中樞-外周神經(jīng)誘導(dǎo)功能，探索人體異構(gòu)型外骨骼結(jié)構(gòu)的新奇設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮體育訓(xùn)練過(guò)程中的外骨骼機(jī)器人輔助保護(hù)作用，是探索新的體育訓(xùn)練方式發(fā)展的重要研究方向。

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作者簡(jiǎn)介：蔣靜雅（1993-），女，漢，河南永城人，助教，碩士，江蘇護(hù)理職業(yè)學(xué)院，研究方向：運(yùn)動(dòng)損傷的康復(fù)與預(yù)防