核心技术是康复机器人实现系统功能的主导,主要体现在三大 系统上:传感系统、控制系统、驱动系统。
传感系统是对患者和环境信息的感知,主要分为力传感、肌电传感和脑电传感。目前,力传感是应用 最多、最成熟的,肌电传感和脑电传感能够实现更好的交互,但存在识别信号不稳定性的问题。肌电 传感主要是传递肌电信号,肌电信号是肌肉收缩过程中,被激发的运动神经元放电形成的叠加信号, 日本的HAL最早使用。用脑电传感的脑机接口分为侵入式和非侵入式,侵入式的有创、易感染,但准 确率高;非侵入式的无创、易采集,但准确率低,目前脑机接口的应用尚处于应用的初期阶段。

这里,脑机接口是让人的大脑和机器进行连接和通信,无创脑机接口一般通过分析脑电波(EEG)或 大脑皮层的氧合血红蛋白的变化(NIRS),能够“知道”患者在想什么;进而帮助患者指挥机器,对 患体进行康复训练。在这样的反复训练中,大脑和患体之间可以逐步建立有效地连接,达到恢复正常 生理功能的目的。但脑机接口只能提供“是/否”的定性命令信息,对运动不能给出定量的判据。
控制系统是康复机器人的中央枢纽。以下肢康复机器人为例,控制系统通过对传感系统反馈的数据进 行分析并规划步态模式,对驱动系统实现闭环控制,其中涉及传感器融合算法、控制算法等一系列软 件模块。在生物信号处理上,AI可以让康复机器人直接感受到人体运动意图,实现更好的人机交互; 对于每个人高矮胖瘦不一样的体态特征,AI通过智能学习,可以根据不同人定制最合适的步态,进行 更好的人机交互和步态训练;在康复过程中,AI还可以根据人体数据优化机械机构,使机械更加符合 人机工程学,贴合人体生物曲线,提升使用体验。
如中航创世的下肢康复训练机器人采用6大类高精度传感器,以嵌入式采集和软硬件处理核心模块, 建立了高准确率患者康复状态综合评估模型,模仿正常人步态,建立正确步行模式。
驱动系统执行控制系统传递来的具体任务。驱动系统位于机器运行的末端,负责带动机械结构,执行 控制系统传递来的具体任务。根据驱动形式的不同,主要分为三种驱动方式:电机驱动、气压驱动、 液压驱动,目前,电机驱动应用最广泛。相比之下,电机驱动的刚性外骨骼机器人能承重但穿戴不够 舒适,气压驱动的柔性外骨骼机器人较轻便舒适但承重不够。所以,目前刚性外骨骼机器人主要应用 在下肢、上肢,柔性主要用于手部。
核心元件不是壁垒,已实现国产替代。不管是电机驱动还是气压驱动,目前的康复机器人的核心元件 主要是伺服电机和减速器,这两个已不再是壁垒,不算“卡脖子”。与进口相比,虽然大多国产元件 在噪声、寿命和重量上和进口略有差别,但功能都可以实现,并且在成本上有很大优势,只是需要短 期的时间验证。目前,核心元件已实现了国产替代,越来越多的企业选择和国内头部元件商合作。
未来,康复机器人将向智能化方向发展。智能化主要表现在以下维度:训练个性化、智能康复策略、 评估数字化、智能交互。
训练个性化:可以根据不同患者自适应。根据不同的患者的身高体重等情况自动调节方便穿戴,检 测不同患者在康复训练过程的特征参数,通过人工智能算法学习并自动优化参数等来自适应患者的个 性化需求,增强康复效果;

智能康复策略:当前医生根据自己的专业知识与临床经验对患者进行检查、制定相应的康复治疗方 案,康复效果参差不齐。智能康复机器人可以自动检查评估患者病症,通过大数据、专家知识库等技 术自动产生康复策略,并对康复结果进行量化分析、优化康复方案;
评估数字化:当前康复检查评估判断方式主要以个人经验为判断依据或采用量表的方式,大多数量 表也是个人主观判断打分,同一患者不同医生评估结果差异大。智能机器人可以实现数字化、评估量 化,避免人为主观因素,评估结果更科学精准。
智能交互:当前的康复设备是在治疗师的辅助操作下对患者进行康复训练,训练过程中也是医生发 现患者的问题、采取相应的操作设备来完成。智能康复机器人可以通过语音识别、人脸识别等技术感 知识别患者的信息,并有智能判断决策执行的能力,快速响应患者的需求。