上肢康复训练机器人的研究进展及前景

利用机器人技术进行康复训练是康复治疗的重要手段之一。依据康复医疗训练机器人技术的发展意义及社会需求，结合该领域的研究背景、发展现状及趋势，回顾了国内外近些年来的研究进展和主要研究成果，分析了本地上肢康复训练机器人、基于网络的康复训练机器人和基于虚拟环境的康复医疗训练机器人的系统构造及其应用，着重介绍了一对多力觉辅助远程康复训练机器人系统的设计与特点，指出了待解决的问题，并分析了上肢康复医疗训练机器人在机械设计、控制器设计、力觉辅助、多路复用及评价策略等方面的发展趋势。     

康复机器人及其临床应用综述

对康复机器人及其临床应用研究进展进行了综述,从运动障碍康复机器人和认知障碍康复机器人方面对康复机器人进行了归纳总结,并针对每项技术提出了一些发展趋势的展望.最后以脑卒中患者的临床康复为例介绍了康复机器人在其康复训练中的临床应用案例及其发展趋势.     

康复机器人与智能辅助系统的研究进展

我国正面临日益严重的老龄化问题和数量庞大的残疾人群,康复机器人与智能辅助系统的研究开发和应用有望为解决养老、失能辅助和康复问题提供部分技术手段.康复机器人与智能辅助系统涉及医学、信息、机械、电子、材料、力学等多个学科领域,其研究与开发也面临诸多挑战和困难,本文从“康复机器人及多种康复训练模式”、“智能辅助系统与生机电技术”、“康复与辅助相关的多模态传感与控制方法”、“外骨骼和可穿戴系统、智能假肢与人机安全性”等方面介绍和讨论康复机器人和智能辅助系统的问题和研究进展,以期为未来康复机器人和智能辅助系统的研究与开发提供些许借鉴.     

虚拟现实技术在柔性上肢康复机器人中的应用

根据末端牵引式和外骨骼式上肢康复机器人的特性,研制了一种新型的柔性上肢康复机器人。机器人的康复训练系统结合了主动和被动模式的要素,将虚拟现实（VR）技术引入上肢康复机器人,通过现实环境中的光学3D位置捕获以及VR环境中的3D位置感知,设计了虚拟动态模型交互性节点和碰撞检测实验,实现虚拟现实交互,提高虚拟模型运动实时效果和上肢康复训练精度。VR和新颖的康复机器人的集成为具有特定任务的患者提供了有效的训练。     

下肢康复机器人的研究进展与临床应用

社会老龄化进程中,由于疾病或事故导致下肢受损的患者越来越多,患者的运动能力康复变得尤为重要.相对于传统的物理康复治疗方法,利用下肢康复机器人进行运功功能康复训练可以准确评估、大幅改善康复效果,提高康复效率,节约医疗康复资源.作为一种涉及康复医学、机械学、控制学、机器人学、计算机学及人工智能等诸多学科的智能仿生机电设备,下肢康复机器人按照患者的康复作业姿态主要分为坐卧式下肢康复机器人和站立式下肢康复机器人.其中坐卧式下肢康复机器人可以分为脚踏板式和外骨骼式机器人,站立式下肢康复机器人分为悬挂减重式和独立可穿戴式机器人.本文调研了国际上应用较为广泛的几类下肢康复机器人的代表性产品,详细分析了下肢康复机器人的主被动自由度、驱动方式、传动关节、感知技术、运动控制策略和训练模式等关键技术,并对各类机器人典型临床测试案例进行了比较和探讨,对下肢康复机器人未来的技术发展做出展望.     

基于嵌入式Linux的上肢康复机器人用户系统研究

具有上肢功能障碍的脑卒中患者需要进行大量重复的康复训练以恢复运动功能。为此设计了一套基于嵌入式计算机的用户控制系统,用以控制上肢康复训练机器人的运动。在Linux环境下利用Qt图形用户界面开发工具设计完整的用户界面,完成嵌入式Linux内核的移植与驱动程序的开发,利用真实的关节运动信息进行康复训练游戏,实现对上肢康复机器人的主动控制。该系统的设计目的在于把复杂的底层控制功能通过简易的方式表达在用户界面上,使得康复医师和脑卒中患者可以与康复训练机器人进行人机交互,提高康复训练效果。     

上肢康复机器人训练系统的设计与实现

为了帮助患者有效地进行上肢康复训练活动,采用STM32微控制器对机械臂传感器信号进行采集和处理,用串口Wi Fi无线模块进行数据传输,设计了一种上肢康复机器人训练系统,患者可以以游戏的方式与康复机器人训练系统进行人机交互。经过医院临床使用证明,该系统稳定可靠、操作简单、使用方便,获得了较好的效果。     

基于运动想象脑电的上肢康复机器人

针对脑中风偏瘫患者的康复训练,设计了一种基于运动想象脑电的上肢康复机器人系统.首先,利用肢体运动3维动画刺激患者进行运动想象并通过USB脑电放大器采集运动想象脑电信号:然后,采用小波包算法进行特征向量的提取,并通过基于马氏距离的线性判别分类器分类;最后,PC利用虚拟现实技术进行视觉反馈,同时控制康复机器人.该系统使用患...     

机器人辅助运动功能康复中的控制和评估策略

本文介绍用于运动功能康复的辅助机器人系统并论证其可行性。文章分析其区别于传统工业机器人的技术难点和特点；总结现有辅助康复训练的控制策略和评估策略种类；最终提出新的基于BCI和三维上肢运动检测的控制和评估策略。     

基于Internet的远程控制康复训练机械臂

针对上肢受伤和中风病人康复医疗的需要,将力反馈遥操作机器人技术应用于上肢受伤和中风病人的康复训练,研制了一种新颖的基于Internet的远程康复训练机械臂,使得医生可远程设定康复机械臂的训练模式和控制参数,从而控制机械臂,帮助在家中或社区医院的中风病人或上肢残障人员进行康复训练,医生利用反馈的视频图像及力反馈信息监控患者的训练状况.该系统可以大大提高医生的工作效率,方便广大中风病人和上肢残障人员.     

并联3-URS踝关节康复机器人的机构与运动学研究

为了帮助患者进行踝关节康复训练,减轻治疗师工作强度,在分类分析现有的各类型踝关节康复机器人的基础上,设计了一种六自由度并联3-URS踝关节康复机器人。从人体生理结构及康复训练需求出发,设计、优化了康复机器人结构,加工制造了实物样机模型;采用闭环矢量的方法建立了并联机器人运动学模型,结合Rosenbrock-Banana优化函数,将正逆运动学数值求解问题转换为优化问题。以背屈训练轨迹作为数值算例,求解精度可达10-10~10-7mm;结合虚拟样机技术,验证了该并联机器人运动学优化求解方法的可靠性,适用于3-URS并联踝关节康复机器人。     

基于情绪感知的机器人辅助主动康复训练任务控制方法

在现有机器人辅助康复训练过程中,患者与康复机器人之间的交互控制主要以感知患者主动"运动"参与为主,未能考虑患者"心理"层次的主动参与,具有一定的局限.针对此问题,以康复训练过程中患者挫败、兴奋及厌烦为目标情绪状态,提出一种基于情绪感知的机器人辅助主动康复任务控制方法.该方法首先提取机器人辅助主动康复过程中患者目标情绪生理响应及性能数据特征;其次,基于径向基核的支持向量机设计目标情绪分类器,并研究与患者目标情绪变化相一致的机器人辅助康复任务自适应控制方法;最后,运用Barrett公司4自由度WAM^{m TM}康复机器人构建试验系统平台,选取12例临床脑卒中患者,对方法有效性进行试验验证.     

平行双目视觉系统在康复理疗自动识别系统中的应用

本文在研究双目视觉和国内外康复系统发展现状的基础上,提出将计算机双目视觉技术应用于人体康复理疗自动识别系统,研究基于计算机双目视觉技术的人体康复过程自动识别系统。计算机立体视觉是机器人研究的重要内容,被人们广泛研究。随着研究的不断深入,计算机双目视觉技术在生物医学、制造工业和信息工业等领域逐渐显示出广阔的应用前景。本文研究从两幅二维图像获得三维场景的计算机平行双目视觉技术。主要研究目的是通过利用同一康复训练肢体的两幅不同图像实现空间三维坐标的重建。     

可穿戴便携式康复外骨骼机器人的开发

近年来,康复机器人辅助中风病人的康复治疗吸引了越来越多的关注。相对于传统的由康复师进行的中风治疗, 康复机器人进行的治疗更为精确,且不受康复师主观因素的影响,能够显著提高康复治疗的效果。本文介绍了一个拥有 5 自由度上肢与 4 自由度下肢的可穿戴便携式康复外骨骼机器人。机器人的所有自由度都由患者的肌电信号驱动,帮助患 者进行失能肢体的康复训练。该机器人可穿戴和便携的特性为患者行走功能的康复提供了新的手段。康复过程中,患者 的所有康复运动数据(包括患者的表面肌电信号数据和每个关节的运动数据)都可以被采集,便于在线分析和离线记录。     

下肢康复机器人离散自适应控制的研究

康复训练是脑卒中、脊髓损伤患者主要的治疗手段.机器人辅助步行训练是近年来广泛应用的下肢康复训练方式.针对具有步态自适应功能的下肢康复机器人,提出了一种柔顺协调控制方法.基于非线性逆系统解耦理论,系统分解为几个独立的二阶积分系统.在解耦子系统中,采用阻抗和自适应控制来进行步态轨迹的规划和跟踪.最后,在Matlab-Adams联合仿真系统中对设计的控制器进行仿真并验证算法的正确性.     

科远与东大机器人研究所签署合作协议

日前,南京科远自动化集团股份有限公司与东南大学仪器科学与工程学院机器人传感与控制技术研究所（简称“东大机器人研究所”）签订康复机器人技术产学研合作协议书。本次产学研合作协议研发内容主要为：上肢康复训练机器人、外骨骼步行训练康复机器人以及面向社区及家庭康复的辅助产品技术与产品等,最终目标为完成产品的研发、产品的测试工装及自动化生产线的前期设计,具备规模化生产条件。     

基于ARM的上肢康复训练机器人系统设计

针对中风病人和上肢受伤的康复医疗需要,设计了一种基于ARM＋uClinux的嵌入式控制系统的康复训练机器人,阐述了系统机构设计、硬件电路设计及系统软件设计。康复训练牵引机械臂采用位置传感器和力传感器实时监测运动速度和牵引力／阻力,以实现多种训练模式。该系统可以实现手动训练、自动训练和基于网络的远程训练。实验结果表明：系统稳定可靠,能够辅助医生对病人进行康复训练医疗。     

机器人辅助运动神经康复的研究现状

中枢神经损伤所造成的运动功能损伤严重危害患者生活质量，并带来沉重的社会负担。利用机器人技术辅助神经康复训练是康复治疗的手段之一。本文对机器人辅助运动神经康复的研究背景、现状以及有待解决的问题进行了分析，提出应抓住机遇，及时开展相关研究。     

康复机器人的自抗扰与滑模复合控制

针对康复机器人主动康复训练任务中可能出现的患者肌肉痉挛时的控制问题,提出一种康复机器人自抗扰与滑模复合控制方法,对预设的康复训练任务轨迹实现精确跟踪。滑模控制可以克服系统模型结构参数不确定性并能达到迅速的跟踪效果,自抗扰控制可以实现在系统状态到达滑模面后精确跟踪轨迹,避免了滑模控制的抖振现象。实验结果表明,该方法在完成康复训练任务时具有较高的轨迹跟踪精度以及较快的跟踪速度,对于外界的干扰具有良好的抗干扰能力,同时对于系统的内部的非线性扰动具有很好的鲁棒性。     

基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统设计

针对目前下肢康复机器人控制系统设计时,存在的参数配置复杂、忽略踝关节的康复训练等问题,提出了一种基于极点配置算法的下肢康复机器人控制系统。根据下肢关节机械结构非线性运动,采用极点配置算法设计控制器,通过z变换对设计的控制器进行离散化处理,在以ARM—M3为内核的STM32微控制器中实现位置闭环控制。STM32微控制器通过串口协议与上位机通信,实现触摸屏控制微处理器,从而控制下肢康复机器人的运动模式。并实时地把各关节的角度信号和作用力信号传输到上位机进行曲线显示。实验对8名被测者在不同减重比下的被动行走训练进行测试,通过分析关节角度曲线和关节驱动力曲线,该控制系统能够实现下肢康复机器人在不同康复训练模式下协调平稳的控制。并能满足一定康复训练要求。