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基本信息
- 項目名稱：
- 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人用于中風(fēng)偏癱患者的康復(fù)訓(xùn)練。采用穿戴式外骨骼設(shè)計，由氣動驅(qū)動。該機(jī)器人既能直接準(zhǔn)確地模擬手臂的各種運(yùn)動，又能利用患者的一側(cè)健康手臂自主運(yùn)動信息直接驅(qū)動患者另一側(cè)患肢作隨動康復(fù)運(yùn)動。 康復(fù)訓(xùn)練上能輕松實(shí)現(xiàn)患者上肢的被動（全助力）、半主動（半助力）、主動（阻力）、隨動及其組合訓(xùn)練模式。 利用本機(jī)器人，中風(fēng)偏癱患者可在社區(qū)醫(yī)院或家庭進(jìn)行個性化康復(fù)訓(xùn)練。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品涉及一種采用氣動控制且能方便實(shí)現(xiàn)對手臂及手指各關(guān)節(jié)運(yùn)動模擬的穿戴式外骨骼上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。該機(jī)器人在肩關(guān)節(jié)處采用帶虛軸的三自由度設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)與上肢的緊密依附，并且通過在腕部采用一套空間六桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了腕部的背伸屈曲和內(nèi)收外展兩個自由度，同時由于在各旋轉(zhuǎn)副處添加了角度傳感器收集反饋機(jī)構(gòu)運(yùn)動的角度信息，既能直接準(zhǔn)確地模擬真實(shí)手臂的各種運(yùn)動，也能方便利用患者的一側(cè)健康手臂自主運(yùn)動信息來直接驅(qū)動患者另一側(cè)患肢作隨動康復(fù)運(yùn)動，因此在康復(fù)訓(xùn)練上能輕松實(shí)現(xiàn)患者上肢的被動（全助力）訓(xùn)練、半主動（半助力）訓(xùn)練、主動（阻力）訓(xùn)練和隨動訓(xùn)練。 采用本發(fā)明牽引手臂及手指作各種姿勢的運(yùn)動，主要涉及四大創(chuàng)新點(diǎn)： 1.康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人采用氣動元器件作為作動件，充分利用氣彈性等氣動技術(shù)的特點(diǎn)，容易模擬人體肌肉的作動效果；并將驅(qū)動器和阻尼器合二為一，容易實(shí)現(xiàn)被動、半主動、主動訓(xùn)練。 2.將驅(qū)動元件置于固定的機(jī)架上，極大地減輕了運(yùn)動構(gòu)件的重量，通過線管鋼絲繩傳動，保證了機(jī)構(gòu)運(yùn)動的靈活性。 3.利用機(jī)電一體化技術(shù)，患者通過健側(cè)手臂的自由運(yùn)動來控制患側(cè)手臂的伴隨運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)患者的自主康復(fù)訓(xùn)練。 4.采用弧形導(dǎo)軌設(shè)計了帶虛軸的三自由度外骨骼式肩關(guān)節(jié)，在滿足機(jī)構(gòu)與人體不干涉的前提下實(shí)現(xiàn)肩部的完整運(yùn)動。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、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)
- 一、目的和基本思路： 當(dāng)前我國由于腦卒中導(dǎo)致的偏癱病人逐年增加，而康復(fù)治療師緊缺，國內(nèi)康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備研發(fā)剛剛起步，而部分國外康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備雖然先進(jìn)，但價格昂貴。研發(fā)適合我國國情的方便在社區(qū)醫(yī)院或家庭中進(jìn)行訓(xùn)練的小型、性價比高的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。 二、創(chuàng)新點(diǎn)： 1.康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人采用氣動元器件，并將驅(qū)動器和阻尼器合二為一，不僅方便實(shí)現(xiàn)患肢康復(fù)運(yùn)動的被動、半主動、主動訓(xùn)練，而且使運(yùn)動具有氣動柔性。 2.將全部氣動元器件置于固定機(jī)架上，通過線管鋼絲繩傳動，極大地減輕了運(yùn)動構(gòu)件的重量，保證了機(jī)器人上肢運(yùn)動的靈活性。 3.利用氣動伺服控制技術(shù)，患者可通過健側(cè)手臂的自主運(yùn)動來控制患側(cè)手臂的伴隨運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)患肢的自控康復(fù)訓(xùn)練。 4.采用弧形導(dǎo)軌設(shè)計了帶虛軸的三自由度外骨骼式肩關(guān)節(jié)，在滿足機(jī)構(gòu)與人體不干涉的前提下實(shí)現(xiàn)肩部的完整運(yùn)動。 三、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 1.肩關(guān)節(jié)處采用帶虛軸的三自由度機(jī)構(gòu)，腕部采用空間六桿機(jī)構(gòu)，整套裝置共含有10個自由度，能有效模擬人體上肢的各種運(yùn)動和運(yùn)動幅度。 2.通過線管鋼絲繩傳動將驅(qū)動裝置置于固定基座上，將活動機(jī)構(gòu)的重量控制在10kg內(nèi)，整套裝置輕巧、舒適、人性化。 3.采用機(jī)械限位和電氣控制雙重手段，確?；颊咴诳祻?fù)訓(xùn)練時的絕對安全。采用0.5MPa的氣源，在滿足驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的前提下又具有可靠的安全工作環(huán)境。 4.該裝置可提供被動、半主動、主動、隨動及其組合模式，方便實(shí)現(xiàn)個性化康復(fù)訓(xùn)練。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.采用氣動元器件作為作動件，兼具驅(qū)動器與阻尼器的雙重特性，提高了康復(fù)訓(xùn)練的適應(yīng)性、舒適性、安全性；同時利用氣彈性等氣動技術(shù)的特點(diǎn)，使運(yùn)動具有一定的柔性。（現(xiàn)有康復(fù)機(jī)器人普遍采用電機(jī)驅(qū)動） 2.線管鋼絲繩傳動使得驅(qū)動裝置與執(zhí)行機(jī)構(gòu)分離，大大減少康復(fù)上肢的負(fù)重及控制難度。（現(xiàn)有的大多數(shù)設(shè)計都直接將電機(jī)安裝于執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，導(dǎo)致裝置龐大、笨重。） 3.隨動康復(fù)訓(xùn)練模式的設(shè)計，可實(shí)現(xiàn)患者自主康復(fù)訓(xùn)練。（此隨動模式的開發(fā)，至今國內(nèi)外未見有報道） 4.肩關(guān)節(jié)處采用共點(diǎn)的帶虛軸的三軸設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了肩關(guān)節(jié)的完整運(yùn)動。（現(xiàn)大都采用兩自由度） 主要參考文獻(xiàn)： 1.寄婧，王興武，楊瑞芳。 被動訓(xùn)練對腦卒中恢復(fù)期患者運(yùn)動功能的影響[J].中國臨床康復(fù)， 2003，7（16）；2380 2.胡宇川，季林紅。從醫(yī)學(xué)角度探討偏癱上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的設(shè)計。中國臨床康復(fù)第8卷，第34期 3.呂廣明, 孫立寧, 彭龍剛?？祻?fù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)分析。哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，第36卷，第9期
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；現(xiàn)場演示；圖片；錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 一、技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢：采用可穿戴式的外骨骼設(shè)計，既可固定于支架上使用也可直接穿戴在身上使用。操作輕松安全。 二、適應(yīng)范圍：本作品的尺寸可調(diào)，適用于不同體型患者的使用，意識清醒的患者可通過該裝置進(jìn)行自主康復(fù)訓(xùn)練。 三、技術(shù)性說明： （1）采用氣動驅(qū)動，使得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動具有適當(dāng)?shù)木彌_作用，通過滑輪線管鋼絲繩傳動，可將驅(qū)動裝置安置于執(zhí)行裝置之外，使得執(zhí)行裝置輕巧靈活。采用本作品可實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、手指關(guān)節(jié)的訓(xùn)練，增強(qiáng)上肢運(yùn)動的靈活性，促進(jìn)中風(fēng)偏癱患者的康復(fù)。 （2）該作品具有逆向輸入運(yùn)動的特點(diǎn)，可利用患者的一側(cè)健康手臂自主運(yùn)動信息來直接驅(qū)動患者另一側(cè)患肢作隨動康復(fù)運(yùn)動，為康復(fù)治療中患者自主康復(fù)機(jī)器人的開發(fā)提供了基礎(chǔ)裝置。通過本作品的應(yīng)用可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備的家庭化及其操作的簡單化。 四、市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測：目前，我國腦卒中相關(guān)高危人群數(shù)量也有大幅增長的趨勢，每年用于此項防治的費(fèi)用約200億元人民幣。本發(fā)明適合中風(fēng)患者在社區(qū)醫(yī)院或家庭內(nèi)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，使用前景十分廣闊。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)研究水平： 國內(nèi)有關(guān)康復(fù)機(jī)器人的研發(fā)中，對于解決腦血管病肢體偏癱患者運(yùn)動功能障礙的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人產(chǎn)品，尤其是上肢功能康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人還處于起步階段，主要是幾所高校在研發(fā)，研發(fā)者大多來自于原先工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，國內(nèi)康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品也大都直接移植工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，存在成本高、適應(yīng)患者康復(fù)訓(xùn)練模式不夠、難于推廣應(yīng)用等問題。 不同于工業(yè)機(jī)器人，康復(fù)機(jī)器人必須采用外骨骼式設(shè)計，這給機(jī)構(gòu)設(shè)計帶來一定的難度，以致國內(nèi)多數(shù)研發(fā)者為保證機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性而縮減外骨骼的自由度。 現(xiàn)有康復(fù)機(jī)器人普遍采用電機(jī)驅(qū)動，且大多數(shù)設(shè)計都直接將電機(jī)安裝于執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，導(dǎo)致裝置龐大、笨重。國內(nèi)現(xiàn)階段研發(fā)工作重點(diǎn)多放置于系統(tǒng)的控制上，未見在機(jī)構(gòu)設(shè)計上有明顯突破。 國外研究情況： 國外的部分產(chǎn)品在機(jī)構(gòu)設(shè)計上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多自由度設(shè)計，但設(shè)計上過分強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的靈敏度、精確度導(dǎo)致成本較高，不利于產(chǎn)品的推廣和普及。此外，用于患者自主康復(fù)的隨動功能的開發(fā)，國外至今也未見有報道。 到目前為止對手部連續(xù)被動活動的機(jī)理、連續(xù)被動運(yùn)動裝置和臨床效果分析的文獻(xiàn)資料很是缺乏，國內(nèi)外市場上都還沒有能夠?qū)κ种缸ノ盏染傻膭幼鬟M(jìn)行訓(xùn)練的產(chǎn)品，康復(fù)的效果還有待提高。 綜上，康復(fù)醫(yī)學(xué)界對于康復(fù)治療的最優(yōu)康復(fù)機(jī)理和康復(fù)模式仍在探索中，因此提供一款能完全實(shí)現(xiàn)人體上肢各運(yùn)動的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人勢在必行。
