训练等。肢体康复机器人对于有效提高我国上千万由于脑卒中、脑外伤导致的偏瘫，脊髓损伤所致的四肢瘫、截瘫等患者的康复治疗水平和生存质量，推动我国康复工程高技术产业发展具有重大意义。
目前，在我国老年人群体中，失能和半失能老年人总数约为3300万，占老年人口总数的19%。上海作为我国人口老龄化程度最高的城市之一，大量养老机构亟需要此类辅助训练产品。据权威调查报告显示，康复训练机器人产品全国的市场容量保守估计为60万台，市场价值约为3600亿。根据我国现阶段人均医疗资源比较匮乏的状况，未来将有越来越多的老年伤病患者经短期临床治疗后伴随着部分身心功能障碍进入养老机构，需要此类智能化的康复训练设备，这将是极具潜力的市场之一。
研究与开发内容：针对偏瘫患者复杂病患康复训练需要，集康复训练和评价功能为一体的综合康复训练系统，具远程操控功能。上肢康复训练系统包括大关节协调运动训练与评价、以及精细运动功能的再建与评价。下肢康复训练系统具有承重站立、动态平衡与步态训练的综合运动康复训练和行走能力评价等功能。可在线或远程设置康复训练模式。
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技术要素 康复策略及人技术 攻效 ? 康复策略 技术特征 误差纠正康复策略 自适应康复策略 运动单元信息获取与融合 下肢负载的力学分析 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 备注 ▲ ①②③④ ▲ ①②③④ ▲ ①②③④ ▲ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ▲ ①②③④⑤ ▲ ①②③④⑤ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ①②③④ 体建模? 人体模技术 型 ? 机构模机构及安全保障技术 ? 运动规划 ? 人机系人机系统及仿虚拟现真技术 ? 实 机器人康复评价体系 ? 康复评价 统 型 机构运动模型及参数求解 参数化模型及动力学特性 不同对象步速、步态时相分析 骨盆控制机构的动力学模型 人机系统模型及动力学仿真 多传感器定位、测速信号融合技术 3D及虚拟现实技术 多训练模式、训练场景及运动反馈 远程康复系统 康复评价及康复训练实验 : :上海基础薄弱，需要重点支持; :上海有一定的基础，正在布局攻关; :上海基础较好，需要稳定支持; :上海没有基础，需要赎买技术服务; : 技术不断改进和提高； ★：以企业为主体；▲：以高校为主体；◆：企业＋高校；■产、学、研联合； : ①:上海的优势技术；②: 共性技术； ③：能突破的技术； ④：能冲击市场的技术； ⑤：必要的基础技术； ⑥：必要的安全性技术； ⑦：标准化技术 图10 康复训练机器人的技术路线图 32
二、智能轮椅
独立移动性是人类自立与自尊的重要方面，在独立生活能力方面起到关键作用，特别是对于残疾人和老年人的饮食起居和心理健康就更为重要。据统计，移动性受限人口约占18-44岁人口的40?，随着年龄提高问题更为严重，在85岁及以上人口中更是高达188?，移动性受限已是人类功能受限的首要因素。
我国现有60岁以上的老年人口已达1.6亿，超过总人口的12%，已正式进入老龄化社会。老龄化问题将为未富先老的中国，带来前所未有的严峻挑战。我国现有8296万残疾人，约占总人口的6.34%。我国政府高度重视老年人和残疾人的生活、康复和医疗事业，提出了在2015年实现残疾人“人人享有康复服务”的目标，2009年底启动了“国家应对人口老龄化战略研究课题”，全社会将更多地形成关心与帮助老年人和残疾人这一特殊社会群体的氛围。这些均为本课题成果的产业化和推广，提供了强大的政策与社会支撑环境。
虽然存在巨大的市场需求，但是由于成本和技术障碍等原因，过去几十年，助老/助残机器人的产业化规模还比较有限。从目前国内外助老/助残机器人的研究和产业化现状来看，大都集中于机构、电气、控制等单元技术与具体产品方面，还没有关于模块化整体体系结构及模块化接口标准方面的技术和产品，这严重制约了助老/助残机器人产业链的健康发展，技术开发重复投资，产品缺乏兼容性和互换性，成本高居不下。
近年来，随着机器人技术和信息技术的飞速发展，相关机器人技术已日趋成熟，机械和电子零部件的成本也在大幅度降低，社会的发展水平和人们的生活水平持续提高，助老/助残机器人的产业化面临重大机遇。本项目研制的智能轮椅是典型的助老/助残机器人整机产品，适用于肢体或视力残障用户，也适用于广大的老年人用户，提高他们的出行方便性，具有广阔的市场前景。此外，智能轮椅的产业化还具有明显的产业示范引领效应，本项目攻克的模块化关键技术和单元模块，将有助于优化助老/助残机器人产业的产业链模式，推动助老/助残机器人的产业化发展。这些单元模块可以集成到现有的还没有机器人化的各类助老/助残的产品中，对其进行技术机器人化，推出适用于不同老年人和残疾人患者的多种多样的机器人产品。
研究与开发内容：轮椅机构，以电动轮椅基础，研制与传感器、控制器一体化集成的智能轮椅机构，突破轻量化机构设计与制造技术；感知系统，研制基于激光雷达和超声波雷达的环境感知系统，突破传感器的高性能和低成本技术；人机交互，研制高效优化的人机共享控制算法，突破人机控制的协调性问题；控制系统，研究集成环境建模与定位、运动规划与控制、避障和避险等行为控制等功能的高性能控制器，突破可靠性和低成本技术。
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技术要素 移动机构设计技术 攻效 座椅 驱动轮 传动机构 技术特征 高舒适性和平稳性机构设计 高机动性机构设计 不平整地面可通过性机构设计 便捷式和轻型化设计 全向移动平台机构设计 低成本、轻型化减速器 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 备注 ■ ①②③④⑦■ ②③④与制造 脚轮 全向轮 齿轮传动 带传动 电机 电机和控制器 功率放大器 调速系统 轴编码器 惯性姿态传感器 声纳 环境传感器 ■ ②③④ ■ ②③④ 减速器 高效率、高耐用性减速器 电机与车轮的一体化 高性能速度控制器 高能效、高可靠性功率放大器 大功率、体积比电机 高性价比驱动器系统 轴编码器与轮椅电机的集成 高性价比、高标准化的惯性姿态传感器 多传感器集成系统 声纳的高精确性和实时性 ■ ②③④⑤■ ②③④ ■ ②③④ ■ ②③④ ■ ②③④ ■ ②③④ ■ ②③④ ■ ②③④⑥ ■ ②③④⑦ ■ ②③④ ■ ②③④⑤ ■ ①②③④⑦ ■ ①②③④ ■ ②③④⑤ 内部传感器 高标准化的激光测距 激光测距仪 高性价比、 摄像头 RFID系统 仪、摄像头、RFID系统 复杂环境下的高鲁棒性 ■ ②③④⑤ ; :上海没有基础，需要赎买技术服务; : 技术不断改进和提高； : :上海基础薄弱，需要重点支持; :上海有一定的基础，正在布局攻关; :上海基础较好，需要稳定支持 ：以企业为主体； ：企业＋高校；■产、学、研联合； ★▲：以高校为主体；◆ 听觉传感器 听觉阵列技术 : ①:上海的优势技术；②: 共性技术； ③：能突破的技术； ④：能冲击市场的技术； ⑤：必要的基础技术； ⑥：必要的安全性技术； ⑦：标准化技术
图11 智能轮椅的技术路线图(1)
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技术要素 技术 攻效 技术特征 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 备注 ■ ①②③④⑦■ ①②③④ 用户主导型控制共享的协调机制 共享控制 共享控制的多目标优化方法 多模式切换共享控制的环境与用户自适应方法 型共享控制 人机交互 最终目标型共享控制 操纵杆 触摸屏 用户适配的人机接口 基于用户意图识别的共享控制 操纵杆与控制器的集成 语音接口、手势接口 可穿戴人机接口、脑电接口 高精确性、实时性和鲁棒性的障碍物检测与报警系统 障碍物与地面检测 地图创建 自定位 危险地面检测与报警系统 ■ ②②③④ ■ ②③④⑤ ■ ①②③④⑦ ■ ①②③④ ■ ②③④⑤ ■ ①②③④⑦ ■ ①②③④⑦ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ②③④⑥ ■ ②③④⑥ ■ ①②③④⑦ ■ ①②③④⑦ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ①②③④ ■ ②③④⑤ ■ ②③④⑤ 高性能2D环境地图创建与自定位系统 环境RFID辅助定位系统 高性能3D环境地图创建与自定位系统 环境物体与人体识别与定位系统 控制器 路径规划 行为控制 运动控制 自主导航 室内环境避障行为控制 移动平台的轨迹跟踪控制 基于地图的路径规划 多行为控制 非完整约束移动平台的轨迹跟踪控制 室内导航与控制系统 复杂环境的3D路径规划 : :上海基础薄弱，需要重点支持; :上海有一定的基础，正在布局攻关; :上海基础较好，需要稳定支持; :上海没有基础，需要赎买技术服务; : 技术不断改进和提高； ★：以企业为主体；▲：以高校为主体；◆：企业＋高校；■产、学、研联合； : ①:上海的优势技术；②: 共性技术； ③：能突破的技术； ④：能冲击市场的技术； ⑤：必要的基础技术； ⑥：必要的安全性技术； ⑦：标准化技术 图11 智能轮椅的技术路线图(2)
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