每天，人们都在日常生活中进行着步行活动，平均每人行走约5000步，相当于4公里，通常需要约80分钟，步行成了最常见的非运动活动，但也是能量消耗最高的活动之一。如何提高步行效率，以减少代谢成本一直备受关注，近年来，可穿戴机器人技术的迅速发展为这一挑战提供了新的解决方案。

近十年内，可穿戴外骨骼机器人提供步行辅助的使用迅速增长，机器人设计和控制方法在减少执行活动时的体力方面取得了显著进步。研究人员对一种髋部外展辅助机器人的效果进行了探讨，这种机器人可以模仿生物髋部的外展力矩或力量，以帮助人们行走。他们的假设是，通过机器人模仿人体髋部外展的力量，可以减少步行的代谢成本，并对动态平衡产生影响。

步行力的减少主要是通过协助矢状面向前推进来实现的，然而，人类步态是一种复杂的运动，结合了三个平面的运动，不仅是矢状面，还包括横向面和额状面。在额状面中，髋关节在步态、平衡中起着关键作用。

额面运动可以理解为一种恢复平衡的方法，例如通过髋部外展和内收来调整足部位置，或者抑制对侧肢体从站立期过渡到站立期时因突然受力而导致的骨盆下垂。摆动的时候，髋部外展的步态主要作用是防止单脚离地时骨盆因重力而下垂；另一方面，髋部内收通过协助髋部伸展而有助于步态期间髋部的横向运动。

当执行此功能角色时，髋部外展和内收在额状面的运动中呈现出最高的扭矩和峰值功率。此外，在由九种组合组成的下肢关节的三个平面中，该扭矩和功率是第三大的，仅次于矢状面中的踝关节跖屈、背屈和髋关节伸展、屈曲，这表明髋关节腹肌内收辅助也可以影响步行能量。

先前的研究表明，通过促进前后方向的向前推进而完成的推离也可以影响额面运动；同样，沿额状面的帮助可能会影响前进和体力消耗。

也就是说，髋外展肌主要负责额状面的能量产生和吸收，如果机器人在这个时候及时提供扭矩，那么它可以替代人类原本需要的部分行走体力。于是这款髋部外展辅助机器人在这个思路下诞生。

在实验中，研究人员使用具有模拟生物髋部外展力矩曲线的机器人进行了多项测试。他们为髋部外展设置了四种不同的辅助曲线，模仿髋关节在额状面的生物特性，并将辅助曲线的峰值时间设计为与生物峰值时间一致。这些曲线分别被称为瞬间第一峰值模拟轮廓（MF）、功率第一峰值MF（PF）、瞬间第二峰值MF（MS）和功率第二峰值MF（PS）。然后，研究人员测量了不同辅助配置下的步行效果。

实验结果显示，与正常步行相比，使用具有生物髋部外展力矩模拟曲线的髋部外展辅助机器人可以将步行的代谢成本降低约11.6%。这表明，这种机器人可以显著减少人类行走时的能量消耗。

此外，实验数据还表明，髋部外展辅助机器人影响了行走中的其他平衡相关的参数，包括稳定幅度。它还影响了质心的中外侧方向运动，这意味着它可以替代人体在行走时本来需要用来保持平衡的一些努力。

尽管关于这款机器人的研究仍在实验阶段，但我们可以看到未来通过机器人辅助人类的愿景在每个领域都持续推进，并看到胜利曙光。研究将有助于改进和优化髋部外展辅助机器人，可以更好地满足人类的步行需求，提供更多的支持和改善步行体验。