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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)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(jì)，由氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。該機(jī)器人既能直接準(zhǔn)確地模擬手臂的各種運(yùn)動(dòng)，又能利用患者的一側(cè)健康手臂自主運(yùn)動(dòng)信息直接驅(qū)動(dòng)患者另一側(cè)患肢作隨動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)。 康復(fù)訓(xùn)練上能輕松實(shí)現(xiàn)患者上肢的被動(dòng)（全助力）、半主動(dòng)（半助力）、主動(dòng)（阻力）、隨動(dòng)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(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品涉及一種采用氣動(dòng)控制且能方便實(shí)現(xiàn)對(duì)手臂及手指各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)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(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)與上肢的緊密依附，并且通過(guò)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(gè)自由度，同時(shí)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(dòng)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(dòng)，也能方便利用患者的一側(cè)健康手臂自主運(yùn)動(dòng)信息來(lái)直接驅(qū)動(dòng)患者另一側(cè)患肢作隨動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此在康復(fù)訓(xùn)練上能輕松實(shí)現(xiàn)患者上肢的被動(dòng)（全助力）訓(xùn)練、半主動(dòng)（半助力）訓(xùn)練、主動(dòng)（阻力）訓(xùn)練和隨動(dòng)訓(xùn)練。 采用本發(fā)明牽引手臂及手指作各種姿勢(shì)的運(yùn)動(dòng)，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(dòng)元器件作為作動(dòng)件，充分利用氣彈性等氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，容易模擬人體肌肉的作動(dòng)效果；并將驅(qū)動(dòng)器和阻尼器合二為一，容易實(shí)現(xiàn)被動(dòng)、半主動(dòng)、主動(dòng)訓(xùn)練。 2.將驅(qū)動(dòng)元件置于固定的機(jī)架上，極大地減輕了運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的重量，通過(guò)線管鋼絲繩傳動(dòng)，保證了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的靈活性。 3.利用機(jī)電一體化技術(shù)，患者通過(guò)健側(cè)手臂的自由運(yùn)動(dòng)來(lái)控制患側(cè)手臂的伴隨運(yùn)動(dòng)，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(jì)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(dòng)。
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)
- 一、目的和基本思路： 當(dāng)前我國(guó)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(guó)內(nèi)康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備研發(fā)剛剛起步，而部分國(guó)外康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備雖然先進(jìn)，但價(jià)格昂貴。研發(fā)適合我國(guó)國(guó)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(jià)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(dòng)元器件，并將驅(qū)動(dòng)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(dòng)的被動(dòng)、半主動(dòng)、主動(dòng)訓(xùn)練，而且使運(yùn)動(dòng)具有氣動(dòng)柔性。 2.將全部氣動(dòng)元器件置于固定機(jī)架上，通過(guò)線管鋼絲繩傳動(dòng)，極大地減輕了運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的重量，保證了機(jī)器人上肢運(yùn)動(dòng)的靈活性。 3.利用氣動(dòng)伺服控制技術(shù)，患者可通過(guò)健側(cè)手臂的自主運(yùn)動(dòng)來(lái)控制患側(cè)手臂的伴隨運(yùn)動(dòng)，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(jì)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(dòng)。 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(gè)自由度，能有效模擬人體上肢的各種運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)幅度。 2.通過(guò)線管鋼絲繩傳動(dòng)將驅(qū)動(dòng)裝置置于固定基座上，將活動(dòng)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(shí)的絕對(duì)安全。采用0.5MPa的氣源，在滿足驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dòng)、半主動(dòng)、主動(dòng)、隨動(dòng)及其組合模式，方便實(shí)現(xiàn)個(gè)性化康復(fù)訓(xùn)練。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.采用氣動(dòng)元器件作為作動(dòng)件，兼具驅(qū)動(dòng)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(shí)利用氣彈性等氣動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)，使運(yùn)動(dòng)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(dòng)） 2.線管鋼絲繩傳動(dòng)使得驅(qū)動(dòng)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(jì)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(dòng)康復(fù)訓(xùn)練模式的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)患者自主康復(fù)訓(xùn)練。（此隨動(dòng)模式的開(kāi)發(fā)，至今國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)有報(bào)道） 4.肩關(guān)節(jié)處采用共點(diǎn)的帶虛軸的三軸設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了肩關(guān)節(jié)的完整運(yùn)動(dòng)。（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(dòng)訓(xùn)練對(duì)腦卒中恢復(fù)期患者運(yùn)動(dòng)功能的影響[J].中國(guó)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(jì)。中國(guó)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(bào)，2004，第36卷，第9期
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；現(xiàn)場(chǎng)演示；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)
- 一、技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：采用可穿戴式的外骨骼設(shè)計(jì)，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(shí)清醒的患者可通過(guò)該裝置進(jìn)行自主康復(fù)訓(xùn)練。 三、技術(shù)性說(shuō)明： （1）采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)具有適當(dāng)?shù)木彌_作用，通過(guò)滑輪線管鋼絲繩傳動(dòng)，可將驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)的特點(diǎn)，可利用患者的一側(cè)健康手臂自主運(yùn)動(dòng)信息來(lái)直接驅(qū)動(dòng)患者另一側(cè)患肢作隨動(dòng)康復(fù)運(yùn)動(dòng)，為康復(fù)治療中患者自主康復(fù)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)裝置。通過(guò)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(jiǎn)單化。 四、市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：目前，我國(guó)腦卒中相關(guān)高危人群數(shù)量也有大幅增長(zhǎng)的趨勢(shì)，每年用于此項(xiàng)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(guó)內(nèi)研究水平： 國(guó)內(nèi)有關(guān)康復(fù)機(jī)器人的研發(fā)中，對(duì)于解決腦血管病肢體偏癱患者運(yùn)動(dòng)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(lái)自于原先工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，國(guó)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(wèn)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(jì)，這給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度，以致國(guó)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(dòng)，且大多數(shù)設(shè)計(jì)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(guó)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(jiàn)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上有明顯突破。 國(guó)外研究情況： 國(guó)外的部分產(chǎn)品在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多自由度設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)上過(guò)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(dòng)功能的開(kāi)發(fā)，國(guó)外至今也未見(jiàn)有報(bào)道。 到目前為止對(duì)手部連續(xù)被動(dòng)活動(dòng)的機(jī)理、連續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)裝置和臨床效果分析的文獻(xiàn)資料很是缺乏，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上都還沒(méi)有能夠?qū)κ种缸ノ盏染傻膭?dòng)作進(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(duì)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(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人勢(shì)在必行。
