ekso外骨骼机器人如何助力康复行走？

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Ekso外骨骼是一款革命性的可穿戴机器人，它通过外骨骼结构，为使用者提供动力辅助，帮助他们重新获得行走、站立甚至搬运重物的能力，它最初主要面向康复医疗领域，现在已经扩展到工业、军事等多个领域。

（图片来源网络，侵删）

什么是Ekso外骨骼机器人？

Ekso外骨骼（早期也被称为EksoGT）是一种“穿戴式”的机器人设备，像一副钢铁骨架一样套在使用者的四肢和躯干上，它集成了传感器、电机、控制器和先进的软件算法，能够感知使用者的意图，并提供精确的动力辅助，辅助使用者完成各种动作。

它不仅仅是一个“机械腿”，而是一个完整的人机交互系统。

Ekso外骨骼的强大功能背后是一系列尖端技术的支撑：

传感器技术：
（图片来源网络，侵删）
- 惯性测量单元： 类似于手机的陀螺仪和加速度计，用于实时监测躯干和四肢的姿态、加速度和角速度。
- 压力传感器： 鞋垫内嵌的传感器可以感知脚是否着地，以及身体重心的转移，这是判断“何时迈步”的关键。
- 角度传感器： 安装在关节处，精确测量关节的弯曲角度。
动力系统：
- 执行器： 通常是高扭矩的直流无刷电机，安装在髋关节和膝关节处，为行走提供核心动力。
- 驱动方式： 主要采用电动驱动，通过精密的传动机构（如丝杠、齿轮）将电机的动力传递给关节。
控制算法：
- 这是Ekso的“大脑”，核心算法包括：
  - 状态机： 管理整个行走过程，如“站立相”和“摆动相”的切换。
  - 有限状态机： 确保机器人在不同阶段执行正确的动作，比如一条腿承重时，另一条腿才能抬起。
  - 自适应控制： 能够根据使用者的体重、身高、步态速度等参数进行实时调整，提供个性化的辅助。
安全机制：
- 紧急停止按钮： 使用者或治疗师可以随时按下按钮，使机器人立即停止。
- 安全锁： 在使用者坐下或站立时，膝关节和髋关节可以锁定，提供稳定支撑。
- 过载保护： 防止电机因负载过大而损坏。

Ekso外骨骼的应用已经从最初的医疗康复扩展到了多个行业。

（图片来源网络，侵删）

这是Ekso最成熟、最广泛的应用领域，主要用于帮助因脊髓损伤、中风、脑外伤、多发性硬化症等原因导致下肢运动功能障碍的患者进行康复训练。

对于患者：
- 重新学习行走： 在机器人的辅助下，患者可以进行重复性、标准化的步态训练，帮助大脑重新建立正确的行走模式。
- 减少并发症： 早期站立和行走有助于预防肌肉萎缩、骨质疏松、压疮、泌尿系统感染等长期卧床并发症。
- 提升心肺功能： 站立和行走活动能改善血液循环和心肺健康。
- 增强信心： 重新获得站立和行走的能力，对患者的心理和生活质量有巨大的积极影响。
对于治疗师：
- 减轻工作负担： 机器人可以承担大部分体力辅助工作，治疗师无需费力地抬起患者的腿，从而避免职业损伤。
- 提供客观数据： Ekso可以记录并量化患者的步速、步长、关节活动度等数据，为治疗方案的调整提供科学依据。
- 标准化训练： 确保每位患者都能接受到高质量、标准化的康复训练。

近年来,Ekso Bionics公司将技术平台扩展到工业领域，推出了 EksoVest 等产品。

EksoVest（上肢外骨骼）：
- 功能： 为工人的手臂提供支撑，减轻长时间举高或重复性动作带来的肌肉疲劳和损伤风险。
- 应用场景： 汽车制造、飞机制造、建筑、物流等行业，工人需要频繁地举过头顶进行拧螺丝、焊接、安装等操作。
- 优势： 无需外部电源，依靠弹簧和配重实现被动辅助，轻便、舒适、安全。

EksoGT (康复医疗)： 这是经典的康复用外骨骼，专注于下肢行走康复，功能强大，在全球众多顶尖康复中心使用。
EksoNR (康复医疗)： 这是EksoGT的升级版，更轻便、更智能、适应性更强，它引入了“自适应步态”功能，能更好地配合患者的主动努力，提供“按需”辅助，而不是完全的被动辅助，更强调患者的主导作用。
EksoVest (工业应用)： 专注于上肢力量辅助，保护工人的健康，提升生产力。