用「腿」控制的智能助行器

行走是人類日常生活中最為普遍的一種行為活動，是人類獨立生活的重要保證。然而神經系統疾病如腦卒中後遺症、帕金森病會導致人體運動功能損傷以及行走能力的下降，嚴重影響了患者的生活質量和健康。

助行器作為一種輔助行走設備，能夠輔助人體支撐體重、保持平衡和行走，是具有嚴重運動損傷的患者所必備的生活輔助用具。

常見的助行器主要為簡單的支架結構，有些助行器末端還帶有輪子。這些助行器均為無源的（即無電機驅動），沒有輪子的助行器需要使用者在行走過程中需要不斷將其抬起以調整合適的姿勢幫助自己前進，而帶有輪子的助行器需要使用者不斷使用「剎車」功能，以使助行器在支撐與移動中切換。這給使用者帶來了一定的身體負擔，部分使用者還可能會因操作不當造成二次傷害。

無源助行器

使用助行器的方法

（圖片來源：網絡）

手動操作助行器

隨著自動化技術的進步，一些研究人員開始設計一些具有驅動功能的助行器，這些有源助行器帶有電機，從而解決了無源助行器給使用者帶來負擔的問題。

早期的有源助行器主要通過搖杆、按鍵、觸控螢幕等方式，控制助行器的前進。雖然在一定程度上減輕的使用者的負擔，但這也引入了新的問題：使用者需要投入一定的精力在操控上面，從而在一定程度上分散了注意力，從而增加了意外發生的概率。

力反饋助行器

力反饋助行器的主要原理為在使用者與助行器交互的位置（通常為扶手）放置力傳感器，通過一些力位控制方法（如阻抗控制、導納控制等），使人與助行器之間的交互力維持在一定的水平，這樣可以使助行器自動跟隨人的腳步，同時給予使用者身體支撐，這樣極大的減小了使用者的負擔。

同時，研究人員通常還會增加剎車的功能，如果檢測到大的作用力，將會使助行器停止運動，從而保護使用者避免摔倒。例如Lee等研究者研發的助行器，通過檢測使用者施加在扶手上的力矩，助行器的跟隨運動；Mun等研究者通過檢測軀幹與助行器之間的交互力，實現助行器的跟隨。

力反饋助行器

（圖片來源：左圖[1]，右圖[2]）

運動反饋控制的助行器

隨著傳感技術的飛速發展，有一些研究者通過實時檢測使用者的運動從而判斷使用者的運動意圖，實現助行器自動跟隨人的運動而運動。通常使用的用於檢測人體運動的傳感設備包括紅外傳感器、雷射雷達、慣性傳感器等等。例如Lee等研究者研究的JAIST助行器，通過兩個紅外傳感器檢測使用者下肢的運動，實現助行器的跟隨運動。

JAIST助行器

（圖片來源：[3]）

本團隊最新研發的智能助行器也具有檢測運動功能。本團隊的研究者使用四個慣性傳感器放置在使用者的小腿、大腿上，通過實時計算傳感器的姿態實現人體下肢運動的實時監測；隨後將計算的行走信息實時發送給助行器，助行器根據行走信息實現運動跟隨；為使使用者在行走過程中更加舒適，在扶手上增加力傳感器，通過導納控制維持一定交互力，從而增加舒適性。

運動實時檢測

運動的實時反饋

運動、交互力同時反饋

（原創圖片，侵權必究）

通過福祉君的介紹，各位同學是否對助行器的種類有了一定的了解呢？希望福祉君的科普能夠讓大家對智能助行器有一定的認識。

作者：Nova

排版：Sweety

參考文獻

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