一种轮椅平台的上肢外骨骼康复机器人的研究

目的:针对现有上肢康复机器人由于体积庞大、移动不便导致上肢功能障碍患者难以在最佳时期介入康复治疗的问题,本研究设计一种以轮椅为平台的轻便式上肢外骨骼康复机器人。方法:根据人体运动学和动力学特性确定合适的机械结构参数并完成整体机械设计;以嵌入式为平台开发上肢康复机器人控制系统,利用自适应PID控制算法解决上肢康复机器人机交互问题;通过上位机软件绘制运动轨迹和关节角度、速度和力矩的变化曲线,验证设计指标达标情况。结果:该上肢外骨骼康复机器人肩关节屈伸、收展以及肘关节伸屈运动范围在人体对应关节运动范围的60.67%—81.10%,肩关节屈伸电机输出力矩0—18Nm,肘关节屈伸电机输出扭矩在0—14Nm。结论:该上肢外骨骼康复机器人设计合理,人体穿戴方便舒适、各关节运动范围、输出力矩符合人体运动特性,且操作简单,移动方便,可帮助上肢功能障碍患者进行被动、主动和助力康复训练。     

一种生物融合式踝关节康复机器人的设计

目的:设计一种康复机器人用于损伤踝关节的运动康复治疗.方法:基于对踝关节生理结构的分析,结合机构学理论知识将其等效为球面副,应用生物融合式康复机构设计理念得到包含弹性转动副的人机闭环机构;应用球面几何、影响系数法对该机构进行康复运动分析,并综合考虑安全、卫生、患者康复体位等因素完成踝关节康复机器人样机设计.结果:本研究所设计的康复机器人在运动过程当中,可以通过对机械驱动量的改变实现踝关节一定姿态下输出作用力的调整.同时,还可以在机械驱动量不变的条件下通过对踝关节主动作用力的改变实现其位姿的调整;实验验证该康复机器人样机在电机驱动下可实现踝关节典型康复运动,能够满足踝关节康复治疗对机器人运动形式的要求.结论:基于生物融合式康复机构所研制机器人在完成踝关节基本康复运动的同时,可以充分发挥患者能动性从而实现更好的康复治疗效果.     

穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统研究

目的提出一种新型轻量化穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统,探究其辅助步态紊乱者和T4脊髓节段以下损伤的截瘫患者(排除双下肢肌痉挛和明显疼痛者)实现行走及姿态变换康复训练的可行性。方法设计髋关节双电机主动驱动,膝关节被动四连杆模拟人体运动瞬心变化的主被动混合式可穿戴下肢外骨骼助行机器人结构,基于模块化设计思想,提出以STM32F767IGT6及外围电路为主控制器,包含姿态采集、电源和拐杖模块的控制系统。以正常人穿戴该外骨骼机器人进行平地、斜坡及姿态变换实验,分析运动过程中髋、膝、踝关节角度,并对比正常人穿戴和未穿戴该机器人股外侧肌和股内侧肌的肌电信号。结果穿戴者可实现仅基于该外骨骼机器人系统辅助的坐下-站立姿态变换以及平地/斜坡行走,且髋、膝、踝关节角度与正常人行走变化趋势基本一致,穿戴该机器人相比未穿戴行走时,股外侧肌和股内侧肌肌电信号均降低。结论该主被动混合式可穿戴下肢外骨骼助行机器人在仅髋关节两个电机驱动下,依然可实现行走及姿态变换的康复训练,验证了髋关节双电机主动驱动、膝关节被动四连杆结构的下肢外骨骼助行机器人系统帮助截瘫患者和步态紊乱者行走康复的可行性。     

功能性电刺激与镜像治疗结合的手功能康复装置的设计

目的:设计一款新型的基于功能性电刺激与镜像治疗结合的手功能康复装置,辅助训练弛缓瘫期患者抓握能力,并增强镜像治疗中的视觉反馈。方法:通过健侧手佩戴传感器手套,检测手功能运动情况,并在显示终端输出同步动作三维手,同时予患手以预设的功能性电刺激处方,刺激手臂部肌肉组织,诱发手部肌肉自主运动以达到康复功能训练,并将患者手部抓握角度信息与电刺激康复运动信息记录于后台数据库中。结果:设备能按设计要求完成功能性电刺激结合镜像治疗对患者脑卒中后手运动功能的康复训练,实现手指运动角度等数据监测及三维手部模型实时反馈的设计目标,在患者健侧手的运动数据达到程序预设参数时,给予患侧手功能性电刺激。结论:该上肢康复设备能基本实现预期功能,设计合理,方案可行。     

下肢外骨骼康复机器人在膝关节活动受限康复治疗中的应用

背景:下肢外骨骼康复机器人以持续主被动活动联合为理论基础,通过模拟人体运动,刺激机体的自然复原力,发挥组织代偿作用。目的:动态观察并了解下肢外骨骼康复机器人在膝关节活动受限患者功能锻炼中的康复作用。方法:将20例术后早期膝关节活动受限患者随机等分为实验组与对照组,实验组采用下肢外骨骼康复机器人行肢体功能锻炼,对照组采用被动训练装置CPM机行功能锻炼,治疗间隙2组均采用心理疏导、低频脉冲电疗和红外线等物理治疗。结果与结论:治疗2个月后,实验组与对照组患者膝关节后屈、前伸活动度均较治疗前明显改善(P<0.01),同时实验组股四头肌肌力较治疗前明显改善(P<0.01)。2个月后的后续治疗,实验组患者膝关节后屈、前伸活动度有了进一步的改善(P<0.05),对照组上述指标无明显改善。说明早期采用下肢外骨骼康复机器人或CPM机配合心理疏导、低频脉冲电疗和红外线等治疗均能明显提高膝关节活动受限患者膝关节活动度,同时下肢外骨骼康复机器人具有恢复患者股四头肌肌力的作用。     

外骨骼式手功能康复训练器结构设计①

目的设计一种用于手功能障碍康复训练的可穿戴外骨骼式机械装置.方法根据手指关节结构与运动仿生原理,机械包括穿戴式手指外骨骼机构及微电机驱动机构.在建立该机械装置三维模型的基础上,利用运动分析软件对所设计的机构进行运动仿真分析.结果和结论所设计的训练器结构紧凑、轻便,外骨骼手指机构可以在0~67°范围正常运动,运动过程中无干涉现象.仿真实验数据表明,该机械装置能很好地完成规划的训练动作,在运动学和力学性能上均满足设计要求.     

下肢外骨骼康复机器人在膝关节活动受限康复治疗中的应用

背景：下肢外骨骼康复机器人以持续主被动活动联合为理论基础,通过模拟人体运动,刺激机体的自然复原力,发挥组织代偿作用。目的：动态观察并了解下肢外骨骼康复机器人在膝关节活动受限患者功能锻炼中的康复作用。方法：将20例术后早期膝关节活动受限患者随机等分为实验组与对照组,实验组采用下肢外骨骼康复机器人行肢体功能锻炼,对照组采用被动训练装置CPM机行功能锻炼,治疗间隙2组均采用心理疏导、低频脉冲电疗和红外线等物理治疗。结果与结论：治疗2个月后,实验组与对照组患者膝关节后屈、前伸活动度均较治疗前明显改善（P〈0.01）,同时实验组股四头肌肌力较治疗前明显改善（P〈0.01）。2个月后的后续治疗,实验组患者膝关节后屈、前伸活动度有了进一步的改善（P〈0.05）,对照组上述指标无明显改善。说明早期采用下肢外骨骼康复机器人或CPM机配合心理疏导、低频脉冲电疗和红外线等治疗均能明显提高膝关节活动受限患者膝关节活动度,同时下肢外骨骼康复机器人具有恢复患者股四头肌肌力的作用。     

基于数字音频技术设计的便携式音乐电疗仪

背景:将音乐疗法与传统医学的电刺激疗法相结合产生的音乐电疗法,将成为一种新型康复技术而广受关注。目的:介绍一种基于数字音频技术的便携式音乐治疗仪。方法:治疗仪采用C8051F340及MP3模块开发而成,能够提供音乐刺激电流和音频信号输出,在治疗之前与治疗的过程中利用音乐营造一种舒适的"治疗环境"。结果与结论:便携式音乐治疗仪人机交互能力强,使治疗成为一种享受,而提高了电刺激的治疗效果。     

脑神经网络综合康复治疗仪的研制

目的:开发一种新型的脑卒中康复治疗仪,能够对脑卒中患者脑神经网络重建、运动功能的恢复、脑神经的保护以及心理功能的康复起到积极的作用,从而为脑卒中患者的全面康复提供一种新的治疗平台.方法:治疗仪采用电路模块结合PC的上、下位机结构.下位机包括体表肌电采集电路、神经肌肉电刺激电路、小脑顶核电刺激电路三大部分,各个电路采用模块化设计方法;上位机(PC)的软件系统在Borland C Builder6.0下开发完成,软件系统主要负责视觉信号反馈,治疗参数控制、病历登记、信息查询等功能.结果:开发出了基于肌电生物反馈法与小脑顶核电刺激的脑神经网络综合康复仪,并通过相关部门的检测.结论:治疗仪能提供综合的脑卒中康复方法,而且具有安全、无创、便捷、人机交互能力强等特点.     

下肢外骨骼康复机器人运动感知系统的研究进展

目前,世界上存在着大量下肢运动功能障碍的特殊人群,无法进行正常行走或运动。下肢外骨骼康复机器人技术的发展可以帮助他们完成正常站立、行走等基本行动功能,并改善其身体机能状况和生活质量。下肢康复外骨骼机器人系统是以人为中心的人机协同智能系统,其首要任务是理解人的运动意图,并对运动姿态做出准确的判断,与人体协同运动产生助行、助力等行为。现有的人机交互感知系统的研究方法主要涉及生物电信号和力/力矩等物理信号。为充分发挥生物信号的快速、全局性以及物理信号的持续、稳健性,确保人机交互控制系统的稳定性,本文从人机协调运动控制机理展开,对不同的意图感知方法对获取人体运动意图的影响进行综述,并对存在的问题进行分析,总结出多模态信息融合技术对提高人机系统的协调控制重要性,为提高人和机器自主决策能力以及外骨骼机器人感知系统的优化设计提供一定的参考。