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。     

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。     

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。     

上肢康复训练与生活辅助机器人的设计与研究

摘要 目的：结合康复训练与生活辅助机械臂设计需求与特征,提高机械臂工作空间及其运动性能,本文提出1种9-DOF上肢康复训练与生活辅助机器人。 方法：提出1种由7-DOF工作臂和2-DOF悬臂组成的9-DOF机械臂构型;建立机械臂的运动学模型,分别构建机械臂在康复模式和生活辅助模式下的工作空间;通过在Adams中对机械臂的康复训练模式以及生活辅助模式的运动进行仿真试验,验证机械臂关节的工作性能。 结果：该机械臂在康复模式下工作空间与人体上肢运动空间相重合,符合康复训练需求;在生活辅助模式下,2-DOF悬臂可扩大工作臂的活动范围并且实现工作臂的左右手互换。仿真结果表明,机械臂在运动过程中关节运动平稳,无突变情况发生。 结论：该上肢康复机器人设计合理,能够分别满足康复训练生活辅助模式下的工作空间需求,具有良好的运动稳定性,可用于上肢功能障碍患者的康复训练和日常生活辅助。     

角加速度平滑的可变类圆周下肢康复步态规划

目的 解决下肢康复机器人圆周步态训练时,在周期运动衔接处由角加速度突变导致机器人腿部抖动的问题.方法 提出一种类圆周步态,将周期运动分为起始段、中间段和结束段三段,起始段和结束段时间区间大小相同且可随参数ratio调整,两段的关节轨迹使用五次多项式规划,中间段仍为圆周步态关节轨迹.并对提出的类圆周步态轨迹进行仿真.结果...     

简易滑动式腿部康复设备机构设计与分析

目的 针对下肢功能障碍患者在康复初期需要卧床锻炼腿部肌群的需求，设计出一款简易滑动式腿部康复设备，防止患肢肌肉萎缩，实现患者在卧床阶段就可进行初期康复训练。方法 采用曲柄滑块传动系统，设计机构方案；根据人体关节活动度，建立运动学模型并确定结构尺寸，进行分析验证；并对机构本体强度进行校核。以此基础制作出设备样机，测试验证样机可行性。结果 所设计机构关节活动范围符合正常人体关节活动度，结构强度符合要求，设备样机运行平稳、速度平滑，实际运行速度与理论规划速度基本吻合。结论 本设计可以满足下肢功能障碍患者在康复初期的卧床康复训练需求，具有体积小、质量轻等优点，为促进小型化、轻量化的下肢康复设备发展提供参考。     

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。     

下肢康复机器人对帕金森病患者平衡功能影响的研究

目的:观察下肢康复机器人训练对帕金森病患者平衡功能的影响.方法:选择2018年-2019年期间无锡市同仁康复医院住院的帕金森病患者40例,随机分为对照组和下肢康复机器人(G-EO Gait-therapy System,G-EO)治疗组各20例.两组患者接受规范的临床药物治疗及常规的康复训练包括放松训练、关节活动度训练...     

上肢康复机器人结合常规康复训练对急性期脑卒中患者上肢功能的疗效研究

目的:观察上肢康复机器人结合常规康复训练对急性期脑卒中患者上肢运动功能的改善情况。方法:将50例脑卒中患者随机分为对照组和观察组,对照组每天进行2次常规康复训练,观察组每天进行1次常规康复训练及1次上肢康复机器人训练,每周治疗5d,共4周,治疗前后分别用Fugl-Meyer(上肢部分,FMA-UE)、改良日常生活能力(MBI)、肩关节主动关节活动度评价康复效果。结果:治疗后,2组患者的FMA-UE、肩关节主动关节活动度和MBI评估均有明显提高(P0.05),上肢康复机器人结合常规康复训练组的FMA-UE和肩关节前屈、水平内收、水平外展主动关节活动度与对照组相比提高更加明显(P0.05)。结论:上肢康复机器人结合常规康复训练对急性期脑卒中患者上肢功能有明显改善作用。     

Lokomat对脑梗死后偏瘫患者关节活动度及下肢运动功能的影响

目的 探讨Lokomat下肢康复训练机器人对脑梗死偏瘫患者关节活动度和下肢运动功能的相关性.方法 将下肢功能偏瘫的患者40例随机分为对照组(20例)和机器人组(20例).对照组给予康复指导,自行训练;机器人组给予下肢康复机器人运动训练,每次30 min,每周3次,连续训练10周(2个疗程).于治疗前、治疗2个疗程后(治疗后)分别评测2组患者的下肢运动功能、肌力肌张力和髋膝关节活动度.结果 治疗前,2组间Fugl-Meyer下肢运动功能评分和髋、膝关节活动度比较,差异无统计学意义(P＞0.05);治疗后,机器人组的Fugl-Meyer下肢运动功能评分和髋、膝关节活动度分别为(27.09 ±4.95)分、(17.43±1.97)°和(29.17 ±2.20)°,与组内治疗前的(11.82 ±3.12)分、(9.42±1.42)°、(13.84 ±2.95)°以及对照组治疗后的(24.55±10.09)分、(9.94±2.42)°和(26.36 ±1.30)°比较,差异均有统计学意义(P＜0.05).治疗前,2组患者下肢肌力肌张力比较,差异无统计学意义(P＞0.05);治疗后,机器人组和台疗组的各项肌力肌张力与组内治疗前比较,差异均有统计学意义(P＜0.05),且机器人组治疗后各项肌力肌张力均优于对照组治疗后(P＜0.05).采用Peairson相关分析法计算髋、膝关节活动度与下肢关节活动度的相关性,下肢运动功能与髋、膝关节活动度均呈正相关.结论 Lokomat机器人康复训练可显著改善缺血性脑卒中偏瘫患者的关节活动范围,增强肌力并降低肌张力,进一步提高下肢运动功能.     

康复机器人对手足口病恢复期并下肢瘫痪患儿的康复疗效

目的:研究康复机器人对手足口病恢复期并下肢瘫痪患儿的康复疗效。方法:选取我院2013年3月至2016年3月60例手足口病恢复期并下肢瘫痪患儿为研究对象,按照就诊号先后随机分为对照组与观察组,每组30例。对照组给予常规康复训练,观察组在常规康复训练基础上,采用下肢康复机器人辅助步行训练。比较6周后两组下肢肌力、平衡能力、关节活动度、步态参数、下肢运动能力。结果:干预6周后,观察组髋关节屈曲肌力评级、膝关节伸展肌力评级、Berg平衡量表评分(Berg balance score,BBS)、髋关节活动度、膝关节活动度、步长、步速、Fugl-Meyer下肢运动功能评分(Fugl-Meyer assessment,FMA)分别为3.08±0.62,3.18±0.60,50.36±7.92,23.17°±3.45°,26.39°±4.31°,(51.27±14.83)cm,(64.72±14.38)m/min,(23.14±5.39)分,均显著高于对照组的2.80±0.58,2.85±0.63,45.89±8.12,20.65°±4.63°,22.96°±4.74°,(44.65±12.91)cm,(58.01±12.46)m/min,(20.27±3.62)分(均P<0.05)。结论:采用康复机器人辅助步行训练,可以增强手足口病并下肢瘫痪患儿下肢肌力,改善平衡能力与关节活动度,建立正确步行模式,促进下肢运动能力恢复。     

多模式下肢康复训练机器人的设计与实验分析

目的:为满足下肢运动功能障碍患者的康复需要,设计了一种具有多种模式的下肢康复训练机器人。方法:介绍了它的机械结构、系统的工作原理并对样机进行了实验分析。结果:该机器人具有对患者进行主动运动、被动运动、辅助运动和主被动运动等训练模式。可以实现单关节的分离运动和多关节的协同运动。给出了患者髋、膝、踝关节做被动运动训练时往复运动机构末端的位置跟踪情况。基于柔顺性控制的脚踏板末端轨迹跟踪情况,以及被动运动时的足底力和腿部肌肉压力变化情况。结论:通过样机实验,验证了该机器人的基本功能,经过进一步改进和完善,可为下肢运动功能障碍的患者提供有效的康复训练。     

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.     

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。     

一种新型四自由度的上肢康复机器人

目的针对目前大多数上肢康复机器人串联式结构的弊端,设计一款新型四自由度上肢康复机器人。方法将肩、肘关节驱动系统及信息检测系统集中放置在基座内,设计同步带传动系统及弧齿锥齿轮传动系统将动力经过杆件从基座内传递至机械臂的肩、肘关节;选用基于关节空间的三次多项式轨迹规划法对取物和画四边形两种动作进行轨迹规划,并设计单自由度运动控制实验及多自由度轨迹规划实验验证设计的合理性及可行性。结果该康复机器人各关节均能按照设计的速度达到设计的运动范围,且能够较准确地完成规划好的康复训练动作。结论该机器人有效减小了机械臂的体积和质量,克服了电机噪声、辐射等对患者康复训练的影响,且能够辅助患者完成多种康复运动。     

下肢外骨骼机器人在脑性瘫痪儿童康复中的应用进展

脑性瘫痪(简称脑瘫)儿童因为下肢功能障碍在日常生活活动中往往受到很多限制,影响身心发展和社会交往。下肢外骨骼机器人作为一种先进的康复辅助设备,可通过外骨骼提供高度重复性训练,有效改善下肢功能障碍,减轻治疗师的负担。本文对下肢外骨骼机器人进行了简要概述,从辅助下肢不同关节康复训练的角度介绍其在脑瘫儿童康复中的应用,并总结了脑瘫下肢外骨骼机器人技术目前存在的问题及未来发展趋势,以期为脑瘫儿童康复的研究和临床实践提供参考。     

基于轮椅的多姿态下肢康复训练系统的设计与仿真模拟分析

摘要 目的：针对庞大的下肢康复训练设备的持续周期性训练给患者带来的不便,以及下肢功能障碍患者经常需要从轮椅转移到下肢康复训练设备中的风险问题,本文提出了一种新型的电动轮椅,可以实现姿态变换和下肢康复训练。 方法：结合下肢康复训练设备的功能性与传统电动轮椅的便捷性,将下肢康复训练功能整合到轮椅中。本文设计的新型轮椅结构,可实现轮椅的姿态变换功能,采用了新型的腿托结构,用于完成下肢的康复训练。利用SolidWorks软件进行了三维建模,并通过Motion模块对模型进行了运动仿真,获得相关运动学数据与理论运动轨迹。最后测试了设备的样机。 结果：多姿态下肢康复训练轮椅通过运动学仿真,证明可以实现坐-卧-站三种姿态间的变换,能够实现下肢的膝关节屈伸训练。姿态变换的人体实测轨迹与仿真理论轨迹相似,实测运动学参数与理论值一致。 结论：多姿态下肢康复训练设备基于轮椅平台设计,既可以实现轮椅的移动、站立和平躺,又能够帮助患者进行下肢康复训练,优化了轮椅的整体结构,满足设备的安全性与功能性要求。     

下肢康复机器人在早期脑卒中患者步态康复中的应用进展

下肢康复机器人是一种自动化康复训练设备,其基于运动再学习原理,让患者进行重复、密集、任务导向的运动,以促进步态功能康复。其在改善急性、亚急性期脑卒中患者平衡控制、步行能力（包括步速、步行距离、对称性及协调性）以及矫正异常肌张力等方面均有积极作用,但在运动轨迹上仍有待优化。目前在临床应用中应将步态训练与其他康复技术相结合以促进脑卒中患者的步态康复。     

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。     

步态康复机器人评价正常老年人步态的性别差异

背景：在国内采用步态康复机器人对正常老年人的步态进行评定的研究较少,且无明确结论。目的：采用步态康复机器人对正常老年人的肌力、关节活动度、痉挛状态等指标进行评定,了解老年人步态的特点。方法：选取健康老年人30名,男15名,女15名,年龄（62.40±1.58）岁。利用步态康复机器人的评估工具L-FORCE,L-STIFF和L-ROM测试受试者的肌力、痉挛状态和关节活动度。结果与结论：老年人L-FORCE测试结果显示,双侧髋屈肌力和双侧膝屈伸肌力在健康老年人不同性别间差异有显著性意义（P〈0.05）。老年人L-STIFF测试结果显示,60（°）/s左髋伸、120（°）/s左髋屈伸痉挛状态在不同性别间差异有显著性意义（P〈0.05）。老年人L-ROM测试结果显示,健康老年人行走时关节活动度不存在性别差异（P〉0.05）。提示老年男性下肢肌力大于女性;老年男性L-STIFF测试结果高于老年女性,提示治疗师在对患者进行L-STIFF评价时要考虑性别因素;健康老年人关节活动度不存在性别差异。