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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 網(wǎng)絡(luò)化一對(duì)多遠(yuǎn)程助老助殘康復(fù)機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品集上肢康復(fù)和下肢康復(fù)為一體，基于人體工程學(xué)原理進(jìn)行了機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，并采用磁流變電機(jī)與力矩電機(jī)串聯(lián)增加康復(fù)的安全性，同時(shí)對(duì)肌電信號(hào)、血氧飽和度等生理參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)；運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓患者可根據(jù)康復(fù)醫(yī)師的遠(yuǎn)程設(shè)定進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；醫(yī)師同時(shí)監(jiān)控多個(gè)患者的康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程大大降低了對(duì)康復(fù)訓(xùn)練醫(yī)師數(shù)量的需求；身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)大大提高了康復(fù)訓(xùn)練的積極性與效果。實(shí)驗(yàn)表明，網(wǎng)絡(luò)化一對(duì)多遠(yuǎn)程助老助殘康復(fù)機(jī)器人不僅有助于解決“患者多，治療師少”的問題，而且從患者角度出發(fā)使得康復(fù)訓(xùn)練更加人性化，集多項(xiàng)生理信息檢測(cè)為一體，可幫助康復(fù)醫(yī)師做出更為客觀的康復(fù)評(píng)價(jià)，從而采取更加合理有效的康復(fù)治療方案。
- 詳細(xì)介紹：
- 我國(guó)殘障人數(shù)總計(jì)約6700萬(wàn)，是世界殘障者最多的國(guó)家。此外，我國(guó)65歲以上的老年人口占全國(guó)人口總數(shù)的11%以上，并有持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，預(yù)計(jì)到2010年將超過(guò)2億。而我國(guó)現(xiàn)在的康復(fù)治療師基數(shù)卻僅有5460人。面對(duì)如此大的供需差距，我國(guó)“到2015年殘疾人人人享有康復(fù)”的戰(zhàn)略目標(biāo)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)化一對(duì)多遠(yuǎn)程助老助殘康復(fù)機(jī)器人的研制不僅有助于解決“患者多，治療師少”的問題，而且從患者角度出發(fā)使得康復(fù)訓(xùn)練更加人性化，集多項(xiàng)生理信息檢測(cè)為一體，可幫助康復(fù)醫(yī)師做出更為客觀的康復(fù)評(píng)價(jià)，從而采取更加合理有效的康復(fù)治療方案。 本作品集上肢康復(fù)和下肢康復(fù)為一體，基于人體工程學(xué)原理進(jìn)行了機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，并采用磁流變電機(jī)與力矩電機(jī)串聯(lián)增加康復(fù)的安全性，同時(shí)對(duì)肌電信號(hào)、血氧飽和度等生理參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)；運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)讓患者可根據(jù)康復(fù)醫(yī)師的遠(yuǎn)程設(shè)定進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；醫(yī)師同時(shí)監(jiān)控多個(gè)患者的康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程大大降低了對(duì)康復(fù)訓(xùn)練醫(yī)師數(shù)量的需求；身臨其境的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)大大提高了康復(fù)訓(xùn)練的積極性與效果。實(shí)驗(yàn)表明我們所研制的網(wǎng)絡(luò)化一對(duì)多遠(yuǎn)程助老助殘康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)具有良好的適用性和有效性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的：針對(duì)目前康復(fù)機(jī)器人存在的問題，解決 “患者多，治療師少，就診難”的矛盾，實(shí)現(xiàn)“到2015年殘疾人人人享有康復(fù)”的戰(zhàn)略目標(biāo)。 設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)目標(biāo)是建立一套完整的康復(fù)治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先能夠?yàn)樯窠?jīng)損傷患者提供康復(fù)訓(xùn)練和相關(guān)治療，其次在訓(xùn)練過(guò)程中提取患者的某些與康復(fù)緊密相關(guān)的體征信息，將數(shù)據(jù)傳送并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，醫(yī)師端通過(guò)這些數(shù)據(jù)對(duì)康復(fù)做出評(píng)價(jià)，并針對(duì)病情實(shí)時(shí)調(diào)整優(yōu)化治療方案，最后將調(diào)整后的方案實(shí)施到康復(fù)訓(xùn)練中，完成一個(gè)閉環(huán)康復(fù)治療體系。 創(chuàng)新點(diǎn)：1一臺(tái)機(jī)器人上使用簡(jiǎn)單小巧的機(jī)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)上下肢的康復(fù)訓(xùn)練。2流變電機(jī)和力矩電機(jī)的組合充分保證了康復(fù)訓(xùn)練的安全。3康復(fù)機(jī)器人除具備康復(fù)訓(xùn)練功能外，肌電信號(hào)及血氧飽和度的實(shí)時(shí)監(jiān)控還可將患者的病情反饋和康復(fù)評(píng)價(jià)集于一體。4充分考慮到患者有盲人，聾啞人等，人機(jī)接口采用了多媒體方式。5利用網(wǎng)絡(luò)化遙操作技術(shù)，康復(fù)機(jī)器人可用于養(yǎng)老院、家庭，而不再局限于醫(yī)院。6一對(duì)多監(jiān)控模式解決了“患者多，治療師少”的矛盾。7多款康復(fù)游戲的設(shè)計(jì)，使患者輕松愉悅的完成康復(fù)訓(xùn)練。 關(guān)鍵技術(shù)：1同時(shí)實(shí)現(xiàn)上下肢的康復(fù)訓(xùn)練。2基于人體工程學(xué)原理的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及平穩(wěn)可靠的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。3采用流變電機(jī)產(chǎn)生安全可靠的阻尼力。4將患者的病情反饋和康復(fù)評(píng)價(jià)集于一體。5遙操作機(jī)器人技術(shù)的引入。6一對(duì)多的康復(fù)訓(xùn)練模式。7生動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲改善了乏味的康復(fù)訓(xùn)練。 技術(shù)指標(biāo)：機(jī)械臂最高轉(zhuǎn)速：154轉(zhuǎn)/分；機(jī)械臂擺動(dòng)范圍：±90°；扭矩傳感器精度：0.5%；位置傳感器精度：0.1%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1 基于人體生理學(xué)原理的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：?系統(tǒng)從硬軟件兩方面雙重保障，避免對(duì)患肢造成二次傷害； ?設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡量保證機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡和工作空間與人體患肢做康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的軌跡和空間一致；?機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)了可伸縮的機(jī)械臂及升降平臺(tái)可滿足不同身高的患者；?本系統(tǒng)添加有固定患肢的裝置且與患肢接觸部位有相似結(jié)構(gòu)，并具一定的靈活性和柔軟度，增加了訓(xùn)練舒適度。2 磁流變電機(jī)+力矩電機(jī)提高安全性。3上肢康復(fù)和下肢康復(fù)結(jié)合為一體，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，適合家庭和社區(qū)醫(yī)院購(gòu)買。4康復(fù)訓(xùn)練環(huán)境的改善：從心理學(xué)上講一個(gè)放松、舒適、熟悉的環(huán)境更有利于患者的康復(fù)治療和功能恢復(fù)。本作品適用于家庭配備，患者可以在家里進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)即可與醫(yī)生實(shí)時(shí)交流。5康復(fù)訓(xùn)練的趣味性提高：利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完成游戲的設(shè)計(jì)，并與康復(fù)訓(xùn)練相關(guān)聯(lián)。臨床試驗(yàn)表明，醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練中使用游戲，可以將運(yùn)動(dòng)療法和心里治療有機(jī)地結(jié)合在一起，極大的提高了康復(fù)訓(xùn)練效果。6利用本作品醫(yī)師可以同時(shí)對(duì)不同地區(qū)的多個(gè)患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，節(jié)省了大量人力物力。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- XX大學(xué)第十三屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 待定
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示；實(shí)物、產(chǎn)品；圖片；錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：1基于人體工程學(xué)原理的機(jī)械設(shè)計(jì)及平穩(wěn)可靠的驅(qū)動(dòng)技術(shù)使康復(fù)訓(xùn)練更具安全舒適性。2一臺(tái)康復(fù)機(jī)器人上使用簡(jiǎn)單小巧的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了上下肢的康復(fù)訓(xùn)練。3磁流變電機(jī)作為一種無(wú)源力發(fā)生器，產(chǎn)生阻尼訓(xùn)練模式下需要的阻尼力；而力矩電機(jī)完成主被動(dòng)和助力模式。兩種電機(jī)的組合充分保證了康復(fù)訓(xùn)練的安全。4除了具備康復(fù)訓(xùn)練功能外，還可將患者的病情反饋和康復(fù)評(píng)價(jià)集于一體。肌電信號(hào)的檢測(cè)以及體溫、脈搏、血氧飽和度等的實(shí)時(shí)監(jiān)控可以更科學(xué)有效的對(duì)患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。5網(wǎng)絡(luò)化遙操作機(jī)器人技術(shù)把傳統(tǒng)的患者醫(yī)師面對(duì)面的康復(fù)訓(xùn)練變?yōu)檫h(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練，康復(fù)訓(xùn)練儀可用于養(yǎng)老院、社區(qū)醫(yī)院、家庭，而不再局限于醫(yī)院。6一對(duì)多遠(yuǎn)程監(jiān)控模式使得一位醫(yī)師可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)患者，解決了“患者多，治療師少”的矛盾。7幾款游戲界面的設(shè)計(jì)，可滿足不同患者及患者不同康復(fù)階段的需求，使患者擺脫了枯燥乏味的訓(xùn)練過(guò)程。 適用范圍和推廣前景：針對(duì)廣大肢體殘障患者，并已經(jīng)在中大醫(yī)院和南京市社會(huì)兒童福利院進(jìn)行了多次試用，得到了患者和醫(yī)生的廣泛好評(píng)。
同類課題研究水平概述
- 近年來(lái)，西方許多國(guó)家都進(jìn)行專門立項(xiàng)投資，積極開展康復(fù)機(jī)器人方面的研究，如早期法國(guó)CEA公司開發(fā)的MASTER系統(tǒng)，美國(guó)Oxford Intelligent Machines開發(fā)的RAID系統(tǒng)等。日本東京大學(xué)的S.Tachi教授在MIT日本實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)開發(fā)了一個(gè)移動(dòng)式康復(fù)機(jī)器人MELDOG,作為“導(dǎo)盲狗”。2000年，Rutgers和Stanford醫(yī)院研制了一套家用康復(fù)一路機(jī)器人系統(tǒng)，由一個(gè)帶由圖形的加速器的PC機(jī)、一個(gè)追蹤器和一個(gè)多功能觸覺控制界面組成，利用WorldToolKit軟件構(gòu)建了虛擬環(huán)境并進(jìn)行虛擬康復(fù)路徑規(guī)劃，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)Internet連接。2001年，David Jack等設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套基于PC的虛擬環(huán)境現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)，利用CyberGlove和Rutgers Master II_ND力反饋手套作為輸入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶和虛擬環(huán)境的交互。2005年瑞士的Mihelj等人研制的手臂康復(fù)機(jī)器人——ARMin。其采用不完全外骨骼結(jié)果，使得肩部的安裝誤差不會(huì)給人的手臂帶來(lái)壓力。機(jī)器人有六個(gè)自由度，配有力傳感器和位移傳感器，安全性高。 目前,國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域進(jìn)行研究的主要有清華大學(xué)、東南大學(xué)、上海交通大學(xué)、等。其中, 上海交大和復(fù)旦大學(xué)合作展開了“神經(jīng)的運(yùn)動(dòng)控制與控制信息源的研究”。其研究目的是提取神經(jīng)信息來(lái)控制電子假手。清華大學(xué)從2000年起即開展了機(jī)器人輔助神經(jīng)康復(fù)的研究，研制了上肢康復(fù)設(shè)備UECM，可以在平面內(nèi)進(jìn)行兩自由度的運(yùn)行訓(xùn)練。東南大學(xué)從2004年起也開展了康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的研究，研制出多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。它采用并行連桿機(jī)構(gòu)，具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，功能齊全，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。但同時(shí)也存在缺乏準(zhǔn)確的康復(fù)反饋參數(shù)，遠(yuǎn)程康復(fù)只能一對(duì)一，并行連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制易產(chǎn)生誤差以及患者的安全性能沒有保障等缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)其他相關(guān)企業(yè)及研究所要么技術(shù)力量薄弱，要么沒有將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于康復(fù)機(jī)器人，因此國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的康復(fù)器材還比較簡(jiǎn)單，主要是浙江的一些民營(yíng)企業(yè)對(duì)上述國(guó)外產(chǎn)品的仿制產(chǎn)品，其質(zhì)量和技術(shù)水平低劣，存在運(yùn)動(dòng)定位精度低、作用力難以控制的嚴(yán)重缺點(diǎn)，因此不受醫(yī)院和用戶的歡迎。 整體上說(shuō)，在我國(guó)，康復(fù)醫(yī)學(xué)工程雖然得到了普遍重視，但康復(fù)機(jī)器人研究仍處于起步階段，現(xiàn)階段的康復(fù)器械遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到智能化，人機(jī)工程化，所以在提高病人的積極性和康復(fù)效率上還有很大不足。
