为了让普通人变身“钢铁侠”
【创新在一线】为了让普通人变身“钢铁侠”（主题）工人日报-中工网记者 李丰
近年来，随着工业外骨骼机器人在国内应需兴起，包括在汽车装配、物流行业领域的应用，中国工业外骨骼机器人相关企业也已经开始跑步前进。
2017年，航天江南集团启动机器人方向领域研究，依托所属的贵州航天控制技术有限公司组建了机器人总体部，而这个部门也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。近日，记者来到航天江南集团，探访这个年轻团队的背后故事。
做外骨骼的90后团队
“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。”航天江南集团机器人总体部、贵州省外骨骼工程技术中心主任强利刚向记者科普起外骨骼的作用和运用前景。
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。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……”
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”。
“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。
设计师当起了裁缝和鞋匠
一套成功的外骨骼除了在能源消耗、装备稳定性等方面有着苛刻的标准外，人体贴合度也是一项重要的技术指标。“目前我们已经将产品迭代到第四代，主攻柔性外骨骼领域。”强利刚对记者表示。
采访中，记者听说了这样一个小故事。机器人总体部团队中90后设计师李林，为了设计一件柔性外骨骼，从来没动过针线的小伙子自己研究当起了裁缝。
“我要在一个巴掌大小的布料上完成传感器和电路的集成，同时这个布料还得保证人体匹配和穿戴舒适性。”李林告诉记者。
一开始团队交给专业的裁缝做，送过来几次样品始终无法达到满意效果。为了早点完成项目攻关，李林亲自操刀当起了裁缝，比着自己的腿型裁剪布料，然后再将传感器和电路固定到布料上去，最后进行性能测试。为了完成这个产品，李林前后剪了一个多月才完成了样品。
在有源负重动力外骨骼上，传感鞋是一个关键部件，它直接决定了人体步态高精度识别。为了完善设计，团队买了十多双皮靴，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。
让穿戴者脚下没有意外
一个合格的外骨骼产品从设计到成品，需要经过穿戴人员人体代谢、设备可靠性、野外复杂路况三大类测试，其中人体代谢指标，是最为核心的成果指标。
“我们要根据测试结果，通过大数据修正控制策略和控制算法，最终实现降低人体代谢目标。”记者了解到，在这个年轻的团队中，人人也是大数据专家，骨干成员期间都要进行大量的人体测试，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。
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。有一次我记得连着走路六个多小时，才把拉线走断。”肖陶康笑着对记者回忆说，当时他腿都走软了。
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。
2020年，机器人总体部承担了为中国天眼馈源接收机研发智能化维护装备的任务，未来的中国天眼上，将留下这个年轻团队厚重一笔。“我们想尽早将研发成果实现市场转化，为贵州的大数据产业发展、新型工业化建设添砖加瓦。”强利刚说。
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