贵州有支锻造“钢铁侠”的团队

“我们可以设想,未来的某一天,贵州省内一位消防战士,他身穿着外骨骼,轻松地背负着消防装备,在扑灭森林山火(www.hLbi.cn)。一位贵州井下煤矿工人,在穿上外骨骼后,轻松地背负起几十斤的特种设备,去井下作业。一位中风患者,在穿戴外骨骼后,走路如履平地……”

李林在介绍外骨骼机器人研制情况

在不久的将来,科幻作品中的“钢铁侠”将会成为现实,穿上外骨骼普通人也能变身“钢铁侠”,在贵州,就有这样一支锻造“钢铁侠”的团队,他们是贵州省内唯一一个以外骨骼及自动化智能装备为研发核心的团队,属于航天江南所属贵州航天控制技术有限公司机器人总体部人员。

“外骨骼实际上是一套能够增强人体机能的可穿戴式装备,他能够预测穿戴者的运动意图,与人一起协同行走,能够增加人的负重能力,搬移托举能力,辅助人体运动机能康复。它可以应用于野外抢险救援、负重作业、物流搬运、医疗康复等相关行业。”贵州航天控制技术有限公司技术中心副主任,第四研发部部长强利刚向记者科普起外骨骼的作用和运用前景。

李林在介绍外骨骼机器人研制情况

强利刚介绍说,外骨骼技术发展前景非常广阔,但是由于技术门槛、行业门槛较高,国内相关领域企业大多仍处于产品研发试验阶段,距离推向市场还有一定时间。

“我们团队中90后占了80%,这是个非常年轻的团队。”强利刚告诉记者,最开始这个团队只有6个人,后期根据团队需要逐步发展为24人。目前团队已经完成了近十款外骨骼装备的研发迭代,攻克了人体运动姿态测量、复杂地形条件下人体运动模式识别、人机耦合协同控制、柔顺性控制等十余项行业难题。

“全副武装”在跑步机上作测试

8月5日,记者到公司采访,正碰上团队人员“全副武装”在跑步机上作测试。“这台跑步机上的数据显示,我们已经在这上面累积进行了几百公里测试,最大的负重有60公斤。”第四研发部副部长李林介绍。

“初始试验阶段,有很多有趣的事情。”李林说,当时还没有好的测试评价方法,团队试验人员穿戴外骨骼在室外负重25公斤测试,在工业园区一圈又一圈地走,获取主观数据,时常引来人围观。

团队人员当起“裁缝”

初期绑缚设计没有成熟的思路,团队里从来没动过针线的小伙子自己研究当起了裁缝。“大腿绑缚等部位,很多都是我们自己买来材料缝制。”李林说,为获取数据,他们在鞋子上安装传感器,把新买的鞋子抠出一个洞,把传感器塞进去,有时需要改进或者维修则又要把鞋底拆开,有时候一双鞋子要重复拆装十来次。为了完善设计,团队买了十多双鞋,将其拆开后进行布置传感电路,再粘合后进行测试。在一遍又一遍的拆和粘的过程中,团队每一个人都成了熟练的鞋匠。

“会不会出现产品出现特殊情况,负重全部压到人体上出现人员意外?”记者问。

“我们要根据测试结果,通过大量数据修正控制策略和控制算法,以便建立不同人的运动数据库,外骨骼设备才能进行人工智能学习,最终适应不同穿戴者的个体差异。”产品承重重量设计之初就考虑了人体极限,以最大限度保证使用者安全,李林说,目前设计的最大承重就是60公斤,现在能达到使用外骨骼装备后,只相当于背负20-30斤的重量。

为了验证外骨骼在复杂路况下的适应性,团队还需要经常去贵州山地进行测试。有一次,在测试过程中,设计员宋定安在穿着外骨骼爬山时,脚下意外踩空,而这个意外的踩空,引起了传感器采集数据异常,系统随后出现了识别错误,“系统死机了。这对刚开始研发的团队也是一个教训,因为我们都是假想穿戴者处于正常行走,却没有想到脚下会有意外。”为了复原这个故障,测试团队打着手电筒,在山上一直工作分析到天黑,最终解决了这一问题。“贵州独特的山地地形非常适合外骨骼测试,我们的产品不能出现任何失误,每一个研发人员都要亲自穿上设备测试,确保装备在复杂地形下万无一失。”设计员肖陶康对记者说,每次测试他至少需要负重50斤重的货物,进行单次5公里的步行测试,到达规定里程后,再脱下装备交由其他同事继续测试,而且每次还要爬坡。

在最新款柔性外骨骼设计初期,由于团队没有建立装备疲劳寿命测试系统,只能靠人穿戴设备,对外骨骼拉线寿命测试疲劳极限。“说直白点,我们就是要穿着外骨骼负重,把这个钢丝线走断。有一次我记得大家接连走了六个多小时,才把拉线走断。”肖陶康笑着对记者回忆说,当时大家腿都走软了。

严苛的测试最终换来了近乎完美的产品。目前,这款柔性外骨骼拉线已经能达到在复杂地形下穿戴不间断行走上百公里的可靠性要求。

记者了解到,2018年6月,贵州省外骨骼机器人工程研究中心获得立项批复。后续,团队还成功竞标某快速响应项目——“柔性负重助力外骨骼机器人”项目,先后获得有源、无源外骨骼机器人研制资格,在全国外骨骼机器人挑战赛取得优异成绩,顺利拿到科技部重点研发计划、国家重大专项任务——FSAT重型装备运行维护机器人项目,公司机器人正式拓展至国家重大基础装备领域。

“现在我们研制有源(电源)、无源外骨骼机器人,产品正和一些建筑公司联系,逐步走向民用,单个外骨骼机器人价格会从数千元到数万元不等,会给使用者带来工作效率的提升和劳动强度的降低。”

有一天,在建筑工地、消防灭火等地看到“钢铁侠”大展神威,很可能就是来自航天控制机器人总体部团队的“贵州制造”。

贵州日报天眼新闻记者 余昌旭

编辑 刘力维

编审 王淑宜

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