計畫背景
隨著人口高齡化與照護人力不足問題日益嚴重，醫療與長照場域對於行動輔助、復健訓練與患者轉移支持的需求快速增加。高齡者或行動不便患者在行走、起身、跨障與姿態轉換過程中，常需要護理人員或照顧者提供身體支撐，長期下來容易造成照護人員腰背與肢體負擔，甚至導致職業傷害。
現有多數人形機器人雖已具備行走、避障與物品操作能力，但其主要發展方向多集中於模仿人類運動、維持自身平衡與完成一般任務，對於「支撐人體」、「協助患者行走」與「安全物理互動」等醫療照護需求仍有明顯不足。特別是在與人體接觸的情境中，機器人不僅需要能夠穩定站立與移動，更需要具備足夠承重能力、柔順控制能力與對使用者動作意圖的即時反應能力。
因此，本研究以醫療輔助型仿人機器人為應用目標，針對下肢機器腿系統進行仿生機構、步態控制與人機協同互動技術開發，期望使機器人能在復健與照護場域中協助患者完成行走、支撐、跨障與姿態轉換等任務，進一步降低照護人力負擔並提升患者行動安全性。
研究目標
本研究之主要目標為開發適用於醫療輔助與復健照護場域的仿生機器腿系統，使其具備穩定承重、動態步行、人機協同與安全輔助能力。具體目標包括：
第一，建立具高承重能力的仿生腿機構。透過曲柄連桿與仿生機構設計，降低馬達與減速機負擔，提升輸出扭力與支撐能力，使機器腿更適合執行助行與患者支撐任務。
第二，發展順應性姿態控制技術。藉由可變桿長設計，使機器腿能依據地形、負載與使用者狀態調整姿態，支援平地行走、跨越障礙與崎嶇地形移動。
第三，整合力感測與回饋控制技術，建立安全的人機互動控制架構。透過關節力／扭力感測、地面反作用力估測與阻抗控制，使機器腿在與患者互動時能提供穩定且柔順的支撐力。
第四，完成助行與復健輔助任務。最終將結合上半身機構、手臂支撐與感測系統，展示攙扶步行等應用情境。
技術方法
本研究將以仿生機構設計、步態規劃、動態建模、力回饋控制與實驗驗證為核心技術路線。
機構設計方面
機器腿將採用仿生連桿與曲柄驅動架構，模擬生物下肢在步行時的支撐與推進特性。透過連桿幾何設計與力傳遞分析，使馬達輸出能有效轉換為支撐力與推進力，降低驅動系統負擔並提升高負載條件下的運動效率。
步態規劃方面
將建立適用於助行任務的步態生成方法，考量步幅、步高、足端軌跡、重心轉移與地面接觸條件，使機器腿能在不同使用情境下產生穩定且可調整的步行模式。針對崎嶇地形之需求，將進一步導入可變桿長，使機器人姿態具備環境適應能力。
控制方法方面
將結合運動控制、力回饋控制與阻抗控制，使機器腿在承重與互動過程中能兼顧穩定性與柔順性。系統將根據關節位置、速度、扭力與接觸力資訊，調整下肢輸出力與步態狀態，避免過大接觸力或不穩定支撐造成使用者不適或危險。
系統整合方面
機器腿將與感測系統、上半身支撐機構與人機互動介面整合，形成可執行助行與復健任務的醫療輔助型機器人平台。透過實驗平台驗證攙扶步行、穩定支撐等功能，逐步提升系統在實際照護場域中的適用性與可靠性。
創新
本研究之創新性主要體現在醫療助行需求導向的仿生腿機構設計與人機互動控制整合。
首先，本研究不同於一般以高自由度與類人動作展示為主的人形機器人，而是以「穩定承重」與「安全助行」為核心目標，發展更符合醫療照護場域需求的機器腿系統。此設計方向可提升機器人實際支撐患者與協助移動的能力。
其次，本研究採用曲柄連桿式仿生腿機構，透過機構本身進行力學優化與扭力放大，降低對高功率馬達與大型減速機的依賴，提升能量效率、承重能力與系統安全性。
第三，本研究將步態生成與人機互動控制結合，使機器腿不僅能自行行走，也能依據患者動作與接觸狀態提供輔助力，進一步支援復健訓練、助行與照護任務。
第四，本研究強調機構、感測與控制的整合設計。透過關節力感測、姿態估測與阻抗控制，使機器腿具備對人體互動力的感知與調節能力，提升醫療輔助機器人的安全性、舒適性與臨床應用潛力。
預期成果
本研究預期完成具備穩定承重與助行能力的仿生機器腿原型系統，並建立相關機構設計、動態分析、步態規劃與力回饋控制技術。短期成果將包括仿生腿機構設計、步態生成方法、關節感測與控制平台建立；中期將完成機器腿與醫療輔助型人形機器人子系統之整合；長期則期望展示攙扶步行、跨障與復健訓練等應用情境。
學術效益方面
本研究將推進仿生機構設計、助行機器人控制、人機物理互動與復健輔助機器人等領域之研究，並可作為未來發表高階機器人控制與醫療輔助技術相關論文之基礎。
應用效益方面
本研究有助於發展可實際支援醫療與長照場域的輔助型機器人技術，降低護理人員與照顧者在扶抱、移動與復健協助過程中的體力負擔，同時提升患者行走訓練與日常移動的安全性。
人才培育方面
本研究將結合機械設計、控制工程、感測技術、機器人學與醫療輔助應用，提供學生跨領域實作與系統整合訓練，培養符合未來智慧醫療、智慧照護與高階機器人產業需求的人才。"