这款外骨骼机器人曾登上奥运会，让下肢瘫痪者以3.2公里小时行走
几年前，来自韩国的金承焕（Kim Seung-hwan）由于交通事故导致下肢瘫痪，还没有成家的他立誓“一定要从头走路”。
现在，他不只成家生子，并且还身穿一款名为 WalkON Suit F1 的外骨骼辅佐机器人在 2024 年 Cybathlon 上取得一枚金牌。
Cybathlon，也被称为“半机械人仿生奥运会”，其由瑞士苏黎世联邦理工学院兴办，是一个针对残障人士与科技辅佐设备结合的世界性赛事。
图｜金承焕在 Cybathlon 竞赛现场（来历：REUTERS/Sebin Choi）
（来历：https://robotics.kaist.ac.kr/bbs/board.phpbo_table=sub5_2&wr_id=65、REUTERS/Sebin Choi）
图｜获奖效果（来历：https://cybathlon.com/en/events/results?event=5267&discipline=50）
金承焕所穿戴的 WalkON Suit F1，由韩国科学技能院外骨骼试验室团队打造，金承焕则是该试验室的一名受试者。在本次 Cybathlon 上，WalkON Suit F1 让他能以 3.2 公里/小时的速度行走、爬楼梯以及侧身滑入长凳。
图｜金承焕在 Cybathlon 竞赛现场（来历：REUTERS/Sebin Choi）
WalkON Suit F1 的动力外骨骼由铝和钛组成，分量为 50 公斤，其由 12 个电子电机驱动，能够模仿人类行走时关节的运动。
在硬件上，其首要包含执行器、机械结构、电机驱动器、电源电路；在软件上，其首要运用了一款轨道生成算法。
图｜金承焕在 Cybathlon 竞赛现场（来历：REUTERS/Sebin Choi）
WalkONSuit F1 能够“裹住”人体胸部，当运用者坐在轮椅上，它会将自己自动地“戴”到运用者身上。这让运用者在不运用拐杖的情况下，也能内行走时坚持平衡和改变方向。
为了保证运用者内行走时坚持平衡，WalkONSuit F1 的足部和上身均配有传感器，这些传感器每秒能够监测 1000 个信号，并能猜测运用者接下来的动作。
WalkONSuit F1 前部的镜片就像“眼睛”相同，不只能够剖析周围的环境，还能辨认楼梯的高度，更能检测妨碍物的存在，然后能够补偿残障运用者在感官才能上缺乏。
当然，除了帮忙人类运用者行走之外，WalkONSuit F1 还具有“人形形式”，即它也会自我行走。即使运用者坐在轮椅上，WalkON Suit F1 也能接近运用者并帮忙其站起来。
背面团队研讨机器人已有 22 年
WalkON Suit F1 背面的韩国科学技能院外骨骼试验室团队，由孔庆春（Kyoungchul Kong）教授领导，旨在发明能够无缝融入残疾人日常日子的机器人。
图｜坐轮椅者为金承焕（来历：https://cybathlon.com/en/teams/kaist）
这种机器人并非简略的零件堆砌。关于丢失部分行走才能的残疾人来说，要想为他们规划辅佐机器人，有必要满意一些共同要求，例如要设法让机械阻抗到达最小，要设法完成较高的反向驱动才能，也要设法完成较高的功率密度。
图｜金承焕参加日常试验（来历：https://robotics.kaist.ac.kr/bbs/board.php?bo_table=sub5_2&wr_id=65）
图｜金承焕参加日常试验（来历：https://robotics.kaist.ac.kr/bbs/board.php?bo_table=sub5_2&wr_id=65）
关于机器人所运用的机械部件来说，它有必要契合人体工程学规划，以便用户在长期佩带时也不会感到不适。
关于不彻底截瘫的患者来说：比较正常人，他们的运动操控功用较差，因而更简单遭到外力、歪斜等要素的影响；比较彻底截瘫患者，他们仍然处于活动状况，因而要尽或许下降机器人关于这类患者的阻力。
为了让不彻底截瘫患者完成自主运动以及尽量削减不适感，孔庆春带领团队研发了包含 WalkON Suit F1 在内的机器人。
谷歌学术显现，孔庆春针对这一范畴的研讨至少能够追溯到 2002 年，并曾在相关期刊和会议上宣布过多篇论文。
图｜孔庆春的团队成员（来历：https://robotics.kaist.ac.kr/）
已在首尔建立公司，产品曾露脸于平昌奥运会
2019 年，在世界可穿戴机器人联盟（WearableRobotics Association）举行的“可穿戴机器人大会（WearARcon）”上，孔庆春和团队宣布了一篇论文，从这篇论文中能够一窥 WalkON Suit F1 的背面技能（在其时这篇论文中，孔庆春将该团队的机器人称为 Angel-suit，而在孔庆春兴办公司之后则用现名 WalkON Suit 来称号）。
图｜相关论文（来历：2019 Wearable Robotics Association Conference（WearRAcon））
从论文来看，该团队的机器人根据串联弹性驱动（SEA，series elastic actuation）体系开发而来，这种体系能让机器人以简直为零的机械阻抗来供给准确的辅佐（即“通明辅佐”）。在机器人衔接关节的部位有一个电机，其功率非常强壮足以移动 200 公斤的物体。
这也意味着一旦机器人呈现毛病，或许就会损害运用者的关节和肌肉，因而孔庆春团队在规划机器人的每一个动作时，都进行了极端准确的核算。
究竟这不只仅是一个单纯的机器人，并且是一个要被真人佩带的机器人。与此同时，他们还给机器人装备一系列的弹性驱动模块，以便准确地发生辅佐扭矩。
为了准确操控传递到人体关节的辅佐扭矩，该团队的机器人运用了结构绷簧，借此能够完成串联弹性致动。绷簧起着能量缓冲器和扭矩传感器的效果，经过丈量绷簧挠度能够丈量辅佐扭矩。
而经过操控绷簧偏转则能完成准确的扭矩操控。此外，绷簧有助于提高致动模块的安全性。
机器人的髋关节和膝关节，由四个关节模块辅佐。髋关节的内/外旋转能够经过骨盆杆的铰链完成。其他机械结构则是刚性的，以便让运用者在关于身体要求高的运动中免受动态冲击。
别的，该团队还经过运用 3D 打印技能，来尽或许地减轻机器人的全体分量。为了减轻电线和信号线的分量，其又运用 I2C（Inter-Integrated Circuit）协议建立了本地通信网络。凭仗较多的自由度（DOF，degrees of freedom），让运用者能够尽或许地完成天然运动。
（来历：https://robotics.kaist.ac.kr/bbs/board.php?bo_table=sub5_2&wr_id=65）
相同在上述论文中该团队表明，全球大约五分之一的人口患有严峻或细微的肌肉无力。由于各种疾病的影响，全球大约 1% 的人口有必要承受身体帮忙。
这些目标群体包含神经肌肉疾病患者、中风或脊髓损害后的恢复患者，乃至是肌肉无力的晚年患者（即晚年人）。
由于肌肉力气削弱，这些人步态稳定性差，简直无法移动。他们肌肉力气差，因而在日常日子中变得非常被迫，进而会堕入懊丧状况。
尽管他们能够承受恰当的社会帮忙，可是承受身体帮忙意味着给其他人带来担负，这让他们往往不愿意迈出这一步。
不过，关于大多数部分行走才能受损的人，他们仍然愿意坚持活跃的交际，因而他们关于正常举动的巴望无疑非常激烈。而该团队的机器人则能供给这种帮忙。
2014 年，孔庆春根据团队效果在韩国首尔建立一家名为 Angel Robotics 的公司，并由他自己担任 CEO。
2016 年，该公司推出两种产品：一种是面向瘫痪人群的 WalkON Suit（即金承焕在 Cybathlon 竞赛中所佩带的那款），另一种是为存在部分行走妨碍人群规划的等级低辅佐机器人。
在 2018 年平昌奥运会/残奥会上，亦有一名瘫痪运动员穿戴 WalkON Suit 进行火炬投递。
图｜孔庆春（Kyoungchul Kong）教授（来历：https://robotics.kaist.ac.kr/）
最近，Angel Robotics 还开发了儿童开发可穿戴机器人。对儿童机器人来说，快速规划和制作支架部件的重要性变得愈加重要，由于跟着儿童的生长，有必要常常替换支架部件。
总的来说，Angel Robotics 的产品现在首要面向恢复医治、日常帮忙、工业安保、机器人零件供给等四个场景。
图｜Angel Robotics 产品现在的首要使用场景（来历：https://angel-robotics.com/en/?ckattempt=1）
值得注意的是，2024 年孔庆春团队又宣布十多篇关于外骨骼机器人的论文，信任这些效果也会逐步落地到 Angel Robotics 公司的产品之中。
参考资料：
https://www.reuters.com/technology/south-korean-team-develops-iron-man-robot-that-helps-paraplegics-walk-2024-12-23/
https://www.thedailystar.net/tech-startup/news/inspired-iron-man-these-researchers-developed-robot-aid-paralysis-patients-3783701
https://cybathlon.com/en/teams/kaist
https://robotics.kaist.ac.kr/
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/8719629
https://angel-robotics.com/en/?ckattempt=1
https://www.solidworks.com/story/angel-robotics
https://scholar.google.co.kr/citations?hl=ko&user=Nd47tEQAAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate
运营/排版：何晨龙
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