在機器人技術(shù)領(lǐng)域，一項關(guān)于穿戴式助行機器人的創(chuàng)新成果引發(fā)關(guān)注。南方科技大學機械與能源工程系付成龍教授團隊，針對負重行走場景中的難題，研發(fā)出一種新型穿戴式半人馬負重助行機器人，相關(guān)研究發(fā)表于機器人領(lǐng)域權(quán)威期刊《International Journal of Robotics Research》。

負重行走在軍事行動、應急救援以及日常生活場景中極為常見，然而高強度負重不僅會讓人體代謝大幅上升、作業(yè)效率降低，還極易引發(fā)肌肉骨骼損傷等健康問題。目前，以外骨骼為主的穿戴式機器人雖能在一定程度上提供助力，但存在明顯局限。其助力方向與人體行進方向夾角較大，導致助力效率低下，與背包負重方式相比，僅能將人體新陳代謝率降低約10%，難以滿足實際需求。

付成龍團隊突破傳統(tǒng)思維，原創(chuàng)性地提出了穿戴式半人馬負重助行機器人。該機器人從自然界四足動物負重形態(tài)中獲得靈感，構(gòu)建了一種全新的人機協(xié)作模式。它并非與人腿剛性并聯(lián)，而是作為獨立肢體，通過穿戴式彈性耦合接口與人體背部相連，形成了“人類智能領(lǐng)航 + 機器人力量負重”的人機混合四足系統(tǒng)。這種設計既保留了人類在復雜環(huán)境下的導航?jīng)Q策能力，又能讓機器人分擔重量并提供高效的行進方向推力。

為解決人機之間復雜的動力學耦合難題，團隊設計了獨特的“軟化彈性耦合機構(gòu)”。該機構(gòu)基于菱形連桿與拮抗彈簧，具備非線性剛度特性。在作用力較小時，剛度大、響應快；作用力較大時，剛度小、緩沖強。這種特性實現(xiàn)了人機動力學的動態(tài)解耦，使機器人能夠像獨立個體一樣穩(wěn)定控制，同時通過接口精準輸出助力。結(jié)合“行走 - 交互（Loco - interaction）協(xié)同控制框架”，半人馬機器人能夠?qū)崟r感知人體運動意圖，無需人工指令即可實現(xiàn)高精度全向跟隨運動，在維持自身平衡的同時，向人體提供穩(wěn)定的水平行進推力。

基于這一創(chuàng)新系統(tǒng)，研究團隊開展了多維度綜合實驗驗證。在機動性方面，機器人表現(xiàn)出卓越的靈活性與良好的地形適應能力。它能在1米狹窄空間內(nèi)連續(xù)完成“8”字繞樁，還能利用視覺感知自主規(guī)劃策略，順暢通過臺階、斜坡及戶外復雜路面。

在負重效能方面，人體實驗數(shù)據(jù)令人矚目。與背負20kg重物（約占體重29%）的情況相比，穿戴半人馬機器人并獲得水平助力時，人體凈代謝成本顯著降低35%，足底壓力減少52%。步態(tài)分析結(jié)果顯示，受試者穿戴該機器人后，步寬變異性顯著降低，其穩(wěn)定性指標與零負載空載行走無顯著差異。這表明半人馬人機四足構(gòu)型能有效緩解負重力對人體行走的擾動，顯著提升負重行走的側(cè)向穩(wěn)定性，充分驗證了“垂直負載分擔 + 水平質(zhì)心助力”復合助力范式的高能效優(yōu)勢。

這一研究成果從系統(tǒng)范式層面拓展了負重行走輔助機器人的設計邊界，改變了外骨骼需為“人形”的傳統(tǒng)觀念。半人馬人機系統(tǒng)以“人類負責環(huán)境理解與運動決策、機器人負責承重與前向助力”為原則，構(gòu)建了人機共融的四足負重協(xié)作形態(tài)。在此范式下，機器人不僅能分擔外載的垂向負荷，還能在步行過程中沿人體質(zhì)心運動方向輸出穩(wěn)定的前向助力，以更直接的方式補償負重行走所需的推進功，提升負重行走的效率與可持續(xù)性。

從實際應用來看，該機器人具有廣闊前景。它適用于應急救援與物資轉(zhuǎn)運、野外巡檢與勘探、復雜地形后勤保障等領(lǐng)域，有望在挑戰(zhàn)環(huán)境下突破人體的生理極限。該機器人將人類在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的適應性與決策優(yōu)勢，與腿足機器人在承載與地面交互方面的能力有機結(jié)合，為面向挑戰(zhàn)環(huán)境的負重行走輔助提供了全新思路。