摘要：目的:设计一款新型床旁上肢康复训练机器人,为脑卒中和意外导致偏瘫的肢体运动功能障碍者提供卧床上肢训练。方法:综合考虑上肢的活动范围及康复策略,结合病床-机构空间位置和床旁运动模式与康复医学人体关节运动学理论,将肩关节部分自由度重构,使其在床旁位姿下具有4个主动自由度的同时不易产生侧翻风险。结果:新型床旁上肢康复训练机器人设计验证可行,工作空间合理,被动训练轨迹连续且平稳。结论:本文提出的这种床旁上肢康复训练机器人在开展临床康复工作时,能够改善上肢功能障碍者处于仰卧位下肩关节复合带运动受限的问题,实现康复机器人与卧床照护两者间的融合,精确的轨迹曲线规划有助于机械臂更好地服务临床。

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。

摘要：目的:游戏互动可以极大提高上肢功能障碍者康复训练的积极性,本文结合空间末端引导式上肢康复机器人的结构特点,分别基于关节角度变化和机械臂末端点位置提出了2种平面游戏的交互设计方法。方法:通过建立机械臂3个驱动关节角度与游戏界面坐标系的映射关系实现人-机游戏互动,并比较了同一运动轨迹在2种不同交互设计方法下的游戏界面轨迹。结果:基于关节角度变化的平面游戏交互方式,通过建立关节角和游戏界面坐标系的映射函数,可以简化运算过程提高运算效率;基于机械臂末端点位置信息的平面游戏交互方式则更能准确地表述机械臂的实际运动姿态,可以实现1∶1复原机械臂末端轨迹。结论:提出的2种基于不同数据信息的游戏交互方式均有各自的特点和优势,为多自由度上肢康复机器人进行平面游戏交互设计提供了解决方案。

摘要：针对神经根型与交感神经型颈椎病,基于颈椎牵引、前屈/后伸、左/右侧屈及旋转运动康复治疗方式,设计了一种基于6-SPS/CS型并联机构的可穿戴式颈椎动力外骨骼。首先,基于人体生物力学进行外骨骼机构设计与颈椎运动分析,采用空间坐标变换方程和闭环矢量法对外骨骼等效并联机构进行运动学逆解分析;其次,利用ADAMS软件对外骨骼等效机构模型进行运动仿真分析,求解出位移、速度和加速度随时间的变化曲线,并与逆运动学理论模型进行对比分析,进一步验证了康复运动范围的可行性;最后,对颈椎动力外骨骼样机的康复功能进行了实验评估分析,外骨骼样机能够实现的运动范围为冠状轴-15°~15°、矢状轴-20°~20°及垂直轴-15°~15°,符合人体颈椎活动需求。结果表明,6-SPS/CS型颈椎动力外骨骼能够辅助人体颈椎进行牵引、前屈/后伸、左/右侧屈及水平旋转运动康复训练,该研究为后续的机构优化与临床应用提供了基础。

摘要：随着社会老龄化的日益严重,脑卒中患者人数逐年增加。相较于传统的康复治疗手段,应用上肢康复机器人治疗具有更高的效率和更好的康复效果,目前也已经成为康复领域的重要发展方向。本文针对当前上肢康复机器人系统的发展现状和不足,并结合各类上肢康复机器人产品的发展趋势,设计了一款最多能帮助患者完成6个自由度(3个驱动自由度,3个欠驱动自由度)训练的索控式中央驱动上肢康复训练机器人。综合考虑机器人结构与常见的多关节复合康复训练动作,选用关节空间规划法中的三次多项式法设计了进食、抬臂收展两条运动轨迹,并在MATLAB中绘制出机器人的运动轨迹曲线,为进行科学有效的被动康复训练奠定了基础。最后本文试制了实验样机,完成了机械结构与设计轨迹的验证。

摘要：据第二次残疾人抽样调查报告和人口普及调查显示,我国现有残疾人8 296万,1.44亿老年人。这不仅提示康复工程产品及其适配服务存在巨大市场,也说明康复工程专业技术人才存在巨大需求市场,而我国现有的各类康复技术人员存在巨大的缺口。因此,对大、中专院校开设康复工程类课程提出了需要,也为其发展提供了契机。上海理工大学医疗器械与食品学院早在10年前就建立了生物医学工程康复工程学科方向,《康复工程概论》是我校面向生物医学工程康复方向研究生开设的一门专业基础课程,但是由于康复工程课程的知识面非常广,涉及医学、工程、心理、教育等多个学科方向,包括肢体、视觉、听觉、言语、智力、精神和多重功能障碍等多方面内容。然而康复工程知识在很多高校本科阶段并没有普及,大部分研究生亟待快速地学习康复工程知识,以及时衔接康复工程理论知识和研究生阶段的科研实践,故如何创新性地提出面向研究生的康复工程概论的创新性教学方法探索非常重要。本文着重对该课程的设计思路、教学内容设计、教学改革、课程实践配套环节等多方面的教学探索进行总结。

摘要：目的设计基于多传感器信息的新型穿戴式上肢外骨骼康复机器人,以解决上肢外骨骼康复机器人便携性不佳、患者参与度较低、训练模式自适应不足等问题,并探究受试者穿戴外骨骼时肌肉激活程度、肌电信号预测关节角度的准确性以及实现上肢康复训练的可行性。方法该设备机械结构包括肘关节和腕关节,采用模块化设计并结合3D打印技术;控制系统包括肌电采集、应力采集、姿态采集等单元,并设计主动、被动和助动三种训练模式。受试者穿戴外骨骼机器人后进行屈-伸肘实验,对比有、无辅助力时手臂肌肉激活程度;分析肘关节角度,并对比肌电信号预测的关节运动角度;验证机器人运行性能与应力检测效果。结果受试者穿戴外骨骼康复机器人安全可靠地完成了屈-伸肘动作,受试者肱二头肌、肱三头肌肌肉激活程度在有、无辅助力时分别减弱约32%、11%,肌电信号预测关节角度准确度约95%,应力测量值误差均低于5%。结论上肢外骨骼机器人可以给人体提供辅助力、预测关节角度,机器人通过肌电、应力以及位置信息辅助患者实现上肢康复训练具有可行性。

摘要：目前假肢手大多由电机驱动,其体积大、质量大不够便携,为此本文设计了一种基于形状记忆合金驱动的模块化仿生手,整体质量为188 g,每根手指可独立驱动控制。通过滑轮组绕线的方式增大SMA丝的有效长度。绘制了假肢手的三维模型并对手指7连杆机构进行运动学分析及仿真,利用MATLAB验证了其关节角度和指尖轨迹曲线,以STM32单片机作为控制器结合多传感器设计了控制系统。并通过实验验证假手指的运动状态,结果表明,SMA驱动器的输出位移可以达到假手指所需的驱动行程,假手指的指尖轨迹与理论值相符合,可以达到设计的预期目标。研究结果解决了SMA驱动位移较小的问题,为形状记忆合金材料作为仿生假手的新型驱动器以及仿生手的机械结构提供了设计思路。

摘要：目的 颈椎病的发病率呈逐年递增及年轻化的趋势,而市面上的颈部康复设备普遍存在智能化不足,体积过大或者是使用场合受限等情况。笔者提出一种穿戴式颈椎外骨骼控制装置,对实现其功能的控制系统进行研究。方法 可穿戴式颈椎外骨骼结构基于6连杆Stewart(斯图尔特)结构设计,包括电机驱动模块、固定支撑模块和活动关节组件。试制机械实验样机,重点对其控制系统的人机交互、动力驱动及主控制等模块进行设计与系统集成,并对实验样机进行功能测试。结果 穿戴式颈椎外骨骼控制装置能够实现纵向牵引和前屈/后伸15°/30°、左/右侧屈20°/-20°、左/右旋转15°/-15°等三维运动。该控制系统运动康复试验符合人体颈部康复训练相关舒适范围。结论 实验设计的控制系统能够实现穿戴式颈椎外骨骼控制装置牵引与3个自由度运动康复训练治疗功能,运动范围达到预期要求,证明了该穿戴式颈椎外骨骼控制系统原理的可行性。

摘要：随着人口老龄化程度的日益加深,脑卒中患者逐年增多,康复训练目前已成为治疗脑卒中致残的最为有效方法之一。穿戴式上肢外骨骼康复机器人因其体积小、质量轻,便携性好,不但能够满足患者居家康复训练的需求,也可以辅助患者实现生活自理,在各类康复设备中具有明显的优势。文章在此背景下详细阐述了目前穿戴式上肢外骨骼康复机器人发展历程中所涉及的关键技术,分别从驱动系统、传动机构、训练模式、主动控制方案及自由度等5个方面分析了各类方案的特点与适用环境,并根据现有技术的发展现状应用对其进行比较。最后分析提出了穿戴式上肢外骨骼康复机器人未来将向多自由度、轻量化、自适应助力、弹性与变刚度驱动等方向的发展。