新型卧式下肢康复训练机器人机械系统设计

目的:面向长期卧床的脑卒中偏瘫患者和下肢行走功能虚弱的患者,研究一种卧式下肢康复训练机器人,帮助他们在床上完成下肢的日常康复训练.方法:在对多种康复训练模式进行分析的基础上,本文设计了一种新型卧式四自由度下肢康复训练机器人.本文详细叙述了四自由度机械腿的机械结构设计和控制系统的构成,并制作出了实验样机.结果:经过多模式重复实验,机器人动作平稳,正常人上机体验,下肢感觉舒适,关节活动角度与设定角度一致,能够很好地满足多种康复训练模式的要求满足人体关节运动需求.结论:该卧式康复结构具有可行性,有助于脑卒中患者做下肢早期的康复训练,可以减轻康复治疗师的工作负担.     

适应个体差异的下肢康复机器人步态规划与实现

目的 针对下肢康复机器人轨迹规划,进行适应个体差异康复运动模式的求解,实现精准康复。方法 在总结出下肢康复机器人6种运动模式后,根据人体多刚体理论,将下肢康复机器人外骨骼简化成二连杆机构,对运动模式进行逆运动学分析,并基于C#设计运动模式求解系统。结果 将基于C#运动模式求解系统计算的运动模式关节角度值传输到上位机,6种运动模式均成功应用于下肢康复机器人。通过运动模式逆运动学分析基于C#设计的运动模式求解系统,对于不同腿长的下肢运动功能障碍患者,进行适应个体差异的运动模式关节角度值求解。通过样机实验,下肢康复机器人能够按照规划的运动模式带动人体模型进行康复训练,且实际关节角度曲线与理论关节角度曲线基本重合,关节角度误差较小。结论 验证了适应个体差异运动模式求解的有效性和可行性。     

一种减重步行训练机器人的研制

目的:研制可用于患者进行减重步行康复训练的机器人。方法:采用外骨骼机械腿和竖直随动支撑作为主要的机械结构,并设计了相应的控制系统。结果:研制出了一台减重步行训练机器人样机,该机能提供主动、被动等多种训练模式,并能根据患者的体型进行相应的调整。结论:测试实验初步说明了该机器人能满足临床训练的要求,为进一步的实验研究奠定了基础。     

康复机器人被动训练对脑卒中患者上肢代偿运动的影响

摘要 目的：探讨康复机器人被动训练对脑卒中患者上肢代偿运动的影响。 方法：组织符合试验要求的6例脑卒中患者和6例健康受试者分别接受传统康复训练和康复机器人被动训练,分析受试者在两种训练模式下的关节运动轨迹,关节角度、角速度、角加速度,以及肩、肘关节协同运动关系。 结果：①脑卒中患者上肢训练会产生躯干自由度代偿,两种训练模式下脑卒中患者躯干运动轨迹没有差异。②脑卒中患者上肢训练会产生关节活动度代偿。康复机器人被动训练相对于传统康复训练,躯干运动角度范围减小,肩、肘关节运动角度范围增大。③脑卒中患者上肢训练会产生肩、肘关节协调性代偿。康复机器人被动训练相比于传统康复训练,患者肩、肘关节角度关系曲线没有明显差异,但躯干、肩和肘关节的加速度峰值明显降低,速度曲线波动幅度相对较小。 结论：康复机器人被动训练对脑卒中患者上肢代偿运动有一定影响,其没能缓解上肢自由度代偿和协调性代偿,但能抑制躯干活动度代偿,增加肩关节活动度代偿,且关节运动更加平稳。     

基于C#和TwinCAT下肢康复机器人控制系统研究

目的:针对脑卒中偏瘫患者因神经元病变造成的神经回路阻断,研究通过试错和重复的功能训练使脑卒中偏瘫患者形成运动记忆的下肢康复机器人控制策略,使患者重建神经回路并恢复运动能力。方法:根据脑卒中患者的康复训练需求,结合下肢康复机器人硬件平台的结构和特点,基于运动学习理论,制定康复策略,设计下肢康复机器人控制系统。结果:完成了由基于C#的上位机软件和基于TwinCAT的下位机软件组成的下肢康复机器人控制系统。上位机功能包括模式选择、训练数据处理、参数设置;下位机软件负责采集训练数据、运动控制功能;上下位机软件之间采用ADS通信方式。结论:控制系统满足患者康复训练的使用需求,帮助康复理疗师对患者进行更加全面、系统、有效、安全的步态和平衡康复训练。     

多功能电控训练椅的研制和在脊髓损伤患者康复训练中的应用

自行研制的多功能电控训练椅对76例脊髓损伤患者进行被动运动或抗阻运动,训练4周,目的是加强早期康复训练,防止肌肉萎缩及关节活动异常,促进下肢功能恢复。结果表明,患者在肌容积、肌力、关节活动度和心血管系统功能方面都有较明显的改善,该训练椅设计合理,结构简易,可普及临床和家庭。     

三维空间末端牵引上肢康复机器人轨迹规划研究

摘要 目的：为了解决现有康复机器人结构复杂、柔顺性和安全性不足、作业治疗中三维空间训练欠缺等问题,提出三维空间末端牵引式上肢康复训练机器人。 方法：通过对上肢康复机器人的结构、运动学理论和人体上肢运动范围分析,建立人机交互的安全空间;结合康复医学中的作业疗法,进行康复动作设计及末端轨迹规划,运用Matlab对机器人末端运动轨迹进行仿真分析,并通过实验验证设计的合理性及可行性。 结果：通过仿真分析和实验结果可以看出机器人末端轨迹及各关节速度和加速度曲线平滑,无跳动现象。 结论：三维空间末端牵引式上肢康复机器人可以实现二维和三维空间的康复训练,用气压比例伺服控制实现末端直线位移,增加了康复训练的柔顺性和安全性,更好满足康复医学中作业疗法的要求。     

多位姿下肢康复机器人床身高度自动调整算法

目的 设计多位姿下肢康复机器人床身高度自动调整算法,以适应患者腿长和训练模式的差异,避免康复机器人与地面碰撞。方法 根据多位姿下肢康复机器人的6种训练模式和人体关节约束条件,建立不同模式下机器人床身高度与患者腿长和床身翻转角度的数学模型,分析机械间隙和挠变以及运动过程中腿部支架的抖动误差可能造成的影响;开发相关软件实现床身自动调整。招募志愿者10例进行实测。结果 床身高度实验测试数据与理论计算数据一致,间隙及挠变不影响床身高度理论计算。训练过程中,机器人下肢末端始终与地面保持在设定的安全距离以上。结论 建立的算法能根据患者腿长、训练模式、床身翻转角度实现床身自动调整,保证设备运行在安全范围。     

上肢康复训练机器人虚拟环境建模技术

目的:以往基于虚拟环境的康复训练系统大多数强调视觉反馈,实验针对单自由度上肢康复训练机器人系统,建立康复训练的人机交互虚拟环境,在训练过程中利用力反馈和视觉反馈为患者提供暗示和帮助,并验证其可行性。方法:单自由度上肢康复训练机器人系统可以绕轴心进行反复的圆弧运动,对实际运动和虚拟环境中的路径进行映射,建立三个不同级别的康复训练虚拟环境模型。患者通过机械臂跟踪虚拟环境中的引导小球,并控制虚拟小球的运动,患肢的运动结果以视觉反馈的形式显示在屏幕上。同时,在规划路径周围构建虚拟力势场,根据实际运动与预测运动的位置误差为患者提供相应的力反馈,提示并帮助患者向正确的方向运动。利用该系统对一名健康女性进行初步的实验研究。结果:①虚拟环境实现了患肢的实际运动到虚拟运动的映射,患者可通过机械臂控制虚拟物体的运动。②当患肢实际运动与预测的位置存在误差时,虚拟环境可以通过训练机械臂为患者提供力反馈。结论:利用该思路构建的虚拟环境可以实现康复训练过程中的力觉和视觉交互,为患者提供及时的暗示和帮助,在康复训练机器人领域有一定的应用前景。     

外骨骼康复机器人改善脑卒中偏瘫患者下肢功能的临床研究

目的：观察应用下肢外骨骼康复机器人康复训练对脑卒中偏瘫患者下肢功能的改善情况。方法：脑卒中偏瘫下肢运动功能障碍患者60例,分为机器人组和对照组各30例。对照组给予脑卒中常规康复治疗,机器人组在常规康复治疗的基础上,应用下肢外骨骼康复机器人进行康复训练。于训练前后通过 Fugl-Meyer运动及平衡功能评分、Holden步行功能分级对患者的下肢康复情况进行评价。结果：训练60d后,2组 Fugl-Meyer运动功能评分、Fugl-Meyer平衡功能评分、Holden步行功能分级均较治疗前明显提高（P＜0．05）,且机器人组提高幅度较对照组更显著（P＜0．05）。结论：应用下肢外骨骼康复机器人可改善脑卒中偏瘫患者的下肢功能,值得在临床上推广应用。     

一种新型智能交互式上肢康复机器人研究

目的:针对现有的上肢康复机器人的不足,设计一款新型的智能交互式上肢康复机器人帮助脑卒中偏瘫患者完成上肢康复训练。方法:设计一种新型3个自由度的上肢康复机器人机械结构,利用套筒和弧齿锥齿轮组成的传动系统进行动力传输,所有电气系统元件统一安装于机器人底部机箱内减少噪音。设计电气控制系统,完成系统实验对样机进行验证,并用Unity3D引擎设计一款专用于本机器人的虚拟现实游戏使患者的训练更具有趣味性。结果:该机器人能按设计要求完成3自由度的运动,能很好地完成规划的预定动作并实现噪音小的设计目标。虚拟现实训练能够有效地提高康复训练的质量和效率。结论:该上肢康复机器人能基本实现预期功能和效果,帮助偏瘫患者进行训练达到康复的目的。     

面向两自由度下肢康复训练机器人平滑运动轨迹优化方法

目的：针对下肢康复机器人周期衔接不够平滑的问题，本文提出面向两自由度（2-DOF）下肢康复训练机器人在不同康复训练任务目标下的平滑运动轨迹优化方法。方法：首先针对自研的下肢康复机器人建立了2-DOF运动学模型，然后根据不同康复训练任务目标选用傅里叶法与特征点正弦法对求解的关节运动轨迹进行优化。结果：基于傅里叶拟合法的轨迹优化方法获得的关节训练活动度与速度相对较小，而基于特征点正弦拟合法的轨迹优化方法获得的关节训练活动度与速度相对较大。结论：提出的两种基于傅里叶拟合与基于特征点正弦拟合对角度—时间曲线的优化方法均能够使机器人轨迹与运动特征发生改变，并有效地应对康复机器人在周期衔接时的加速度突变问题，使下肢康复机器人的运行更加平稳，在临床康复训练过程对于不同训练任务的患者可采用不同的轨迹优化方法。     

被动式多功能下肢康复训练器

由于疾病或运动损伤造成的下肢运动障碍的患者很多，患者的康复过程多数都要经过从被动运动训练到主动运动训练。目前用于下肢被动训练的器械大多都是只具有单一冠状面上运动功能的训练器，该类训练器仅适用于下肢骨科患者手术后的关节功能恢复训练。对于属于球铰关节的下肢关节来说，如果要保持或恢复基本运动功能，还应当做矢状面上的训练。以使患者下肢关节的运动功能得到保持和恢复。     

一种下肢被动运动康复训练器

目的：设计一种被动式下肢功能康复训练器,代替工人护理,为减轻人工劳动强度。方法：使用被动运动训练器,使患者在该训练器上进行多种形式的下肢被动运动训练。结果：本研究设计了一种以曲柄双滑块机构为核心的被动式下肢功能康复训练器,可以实现多种不同形式的训练。结论：该训练器结构是合理,功能较齐全。     

下肢康复机器人骨盆机构设计及运动仿真

摘要 目的：设计一种下肢康复机器人的骨盆机构,帮助偏瘫患者进行运动训练。 方法：通过滑块、四杆机构和关节球轴承实现骨盆的相关自由度运动,并利用UG的运动仿真模块对骨盆机构进行运动仿真分析。 结果：仿真结果证明本研究设计的康复机器人骨盆机构能够满足正常人行走的轨迹要求。 结论：证明了机构设计的合理性,可以用于下肢康复训练。     

肌电控制康复机器人协助的脑卒中患者肘关节康复训练的多参数评价

摘要 目的：探索在肌电控制机器人协助的脑卒中偏瘫患者肘关节康复训练中,有关肘关节电生理﹑动力学﹑运动学等多项参数的变化情况,并为脑卒中评估提供更加全面的定量评估方法。 方法：本研究募集了8例偏瘫患者,对其分别进行了20次肌电控制机器人辅助的肘关节康复训练,在实验过程中记录了肱二头肌与肱三头肌的肌电信号,肘关节力矩信号和角度信号。 结果：训练后Fugl-Meyer上肢功能评测值显著大于训练前（P<0.05）,Ashworth量表值显著小于训练前（P<0.05）;在最大自主等长收缩（MVC）实验中,肘关节屈曲与伸展的MVC力矩显著大于训练前（P<0.01）;三头肌的力矩-肌电比显著大于训练前（P<0.05）;在无辅助跟踪运动中肘关节运动角度和目标角度均方根误差（RMSE）显著小于训练前（P<0.05）。 结论：肌电控制康复机器人肘关节康复训练从关节力矩、肌肉效率、运动精度等多个方面改善偏瘫患者的运动功能。以上参数从多角度定量反映了偏瘫患者运动功能状态,具有应用于临床运动功能评估的潜在价值。     

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。     

应用CPM恢复下肢关节功能的护理体会

下肢关节功能恢复器（CPM）是以持续被动运动理论为基础，通过模拟人体自然运动，激发人的自然复原力，发挥组织代偿作用，进行下肢关节功能恢复训练的一种仪器。我院自2000年以来，应用CPM对下肢手术后患者进行康复训练，恢复其肢体及关节功能，收到满意效果。现将体会介绍如下。     

镜像视觉反馈训练联合下肢康复机器人对脑卒中患者下肢运动功能的影响

目的:探讨镜像视觉反馈训练联合下肢康复机器人对脑卒中患者下肢运动功能的影响。方法:将60例脑卒中患者按随机数字表法分为对照组、机器人组和联合组,每组20例。3组患者均接受康复科常规康复训练,机器人组在此基础上进行4周的下肢康复机器人辅助步行训练(每次30 min、每日1次、每周5 d),联合组在机器人组基础上增加镜像视...     

A3机器人对脑卒中患者步行功能的影响

目的:研究国产一款步行康复机器人对亚急性期脑卒中患者下肢运动能力和步行能力的临床疗效。方法:60例脑卒中2—4周的患者分为对照组和干预组,都进行基于神经发育技术和运动再学习的常规康复训练8周,对照组在未进入步行训练时使用下肢肢体智能反馈训练系统进行辅助站立位下肢踏步训练,每次40min,每天两次,每周5d,一旦患者开始站立及步行训练,则停止辅助站立位下肢踏步训练,并保证每日站立步行训练时间不小于80min。干预组在8周时间里一直使用A3下肢康复机器人,根据每个患者的具体情况选择不同参数,进行机器人辅助步行训练,每次30min,每天两次,每周5d。所有患者在研究开始和研究终点进行Fugl-Meyer下肢运动功能评定(FMA-L)、Fugl-Meyer平衡功能评定(FMA-B)、Holden步行功能评定(FAC)。另外在研究终点可以独立步行的患者进行10m步行速度测定。结果:对照组和干预组治疗前FMA-L、FMA-B、Holden无显著性差异,治疗后FMA-L、FMA-B、Holden均有显著性差异。治疗后干预组能完成10m步行速度测定的患者明显多于对照组,且平均速度也有显著性差异。结论:常规康复训练结合A3下肢康复机器人早期步行训练能显著提高亚急性期脑卒中患者下肢运动能力和步行能力。