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下肢康复医疗外骨骼发展现状综述

摘要：下肢康复医疗外骨骼能够辅助下肢运动障碍患者进行康复训练，因其巨大

的应用前景，成为当前各国研究的热点；从跑步机式和陆基式两类康复医疗外骨

骼出发，分析了下肢康复医疗外骨骼国内外发展现状，叙述了典型产品和模型，

机械、控制部分的研究过程，通过分析典型产品模型，推测康复医疗外骨骼机器

人应具有的结构与控制特性；展望康复医疗外骨骼领域应重点研究刚柔耦合、个

体运动差异兼容、多模信息融合等关键技术。

关键词：康复医疗；外骨骼；刚柔耦合；助力效能

康复医疗机器人具有广阔的应用前景，日益成为国内外专家学者的研究热点，

其中下肢康复医疗是康复医疗的研究重点。随着人口老龄化及人们生活水平的提

高，下肢行动不变的人口数量急剧升高，行走不便将影响患者的正常生活。我

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国有着世界上最高的中风发生率，大约有1500万人有下肢运动障碍，大约4

000万老人在逐渐失去行走能力，每年对下肢康复训练设备需求量高达35万套，

但是目前市场提供的设备却少于2万台。下肢康复外骨骼可以减轻康复医师的

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负担，提高康复训练效率及效果，实时获取康复训练数据和评估训练效果。其

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功能主要包括：维持关节活动度、防止关节挛缩、纠正步态、重塑神经系统等。

根据结构类型，下肢康复外骨骼可分为跑步机式和陆基式两种，患者可通过使用

跑步机式康复医疗外骨骼在跑步机上获得行走康复训练，在这种类型的外骨骼中，

为了保证安全，保持平衡，需要一套人体重量支撑系统，来减小重力对腿部的影

响。陆基式外骨骼帮助患者在地面上行走，重获行走能力。按照应用类型，下肢

康复医疗外骨骼可分为辅助行走和康复训练两类。

1国内外研究现状

1.1国外研究现状

下肢康复外骨骼方面的研究起始于1960年，由于当时技术的限制，这些装

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备没有实现当时预期的目标，但是为后续研究打下了基础，最近几十年，尤其是

Lokomat应用于临床以后，下肢康复机器人逐渐成为世界各国研究的热点。国外

很多企业和研究所都开展了相关研究，并且在基础理论和应用方面都取得了很多

里程碑式的成就(图1)。目前，针对下肢瘫痪、脊髓损伤及步态矫正，已有多款

产品实现了商业化阶段，如表1所示。

图1商品化的康复医疗外骨骼

表1典型康复医疗外骨骼参数及功能

其中最著名的是以色列的Rewalk，通过手腕移动设备可以实现坐、立、行走

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等运动；日本筑波大学的HAL-5通过采集肌电信号，做为控制输入信号、

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KineAssist可模拟实际生活环境的平地走，爬坡，站立平衡，动态平衡等运动

。还有一些进行了原理样机试验测试，如欧盟研究开发的基于脑机接口BCI

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控制的MindWalker、美国特拉华州立大学基于弹簧驱动的重力平衡外骨骼、

[9]

加州大学伯克利分校设计的低成本绳轮驱动的Austin、气动的Lifesuit、辅助

儿童患者的ATLAS、以及泰国理工学员的AITlegexoskeleton-I等。针对运