摘要：针对坐立功能障碍患者的康复训练问题,本文基于人体运动曲线的轨迹综合,设计了一种符合人机耦合性的坐立康复训练机器人。通过光学动作捕捉实验,采集人体坐立运动轨迹,选择以大腿运动轨迹作为机器人的设计目标;在六杆机构模型的基础上,基于双目标轨迹发生综合法,以大腿上近髋点与近膝点的轨迹作为机构复现的双目标轨迹,进行机构数学模型的分析计算,得出该六杆机构可实现空间内多组位置的精确轨迹综合;建立机器人三维模型,对其关键部件进行静力学仿真分析以及虚拟样机的运动仿真,验证机器人设计的可行性;进行了机器人辅助坐立实验,采集膝、髋关节的运动曲线,膝、髋关节轨迹最大偏移误差分别为12%、5.8%,整体拟合程度较好,表明所设计的机器人具有较好的人机运动协同特征。

摘要：目的:针对假肢接受腔数字化设计中残肢软组织力学特征采集的需求,研究基于力-位移传感技术的软组织力学性能测量方法。方法:将压力和位移传感器并联设计开发软组织刚度测量系统,可实现软组织受力和形变的同步获取,并采用两段式割线法计算表观刚度,针对不同硬度、厚度的硅胶试件,使用力学试验机对本系统进行有效性验证。结果:对硬度15°(Shore A)的试件,本系统测得厚度为5mm、10mm、15mm和20mm的试件的刚度k1和k2分别为(1.788±0.14)N/mm和(4.132±0.21)N/mm、(1.447±0.1)N/mm和(2.966±0.17)N/mm、(1.340±0.14)N/mm和(2.335±0.16)N/mm、(1.306±0.19)N/mm和(2.261±0.19)N/mm,力学试验机获得相应刚度分别为(1.769±0.2)N/mm和(4.132±0.21)N/mm、(1.443±0.13)N/mm和(2.800±0.07)N/mm、(1.385±0.16)N/mm和(2.328±0.1)N/mm、(1.256±0.08)N/mm和(2.097±0.14)N/mm;2种系统测得的刚度k1和k2最大误差分别为3.8%、7.8%,且不存在显著性差异。对硬度25°的试件,除厚度为20mm试件外,2种系统测得试件的刚度k1和k2误差均<8.7%,且不存在显著性差异。结论:基于力-位移传感技术开发的残肢软组织力学性能测量系统与材料力学试验机测量结果有较好的一致性,能满足残肢软组织力学性能测量的需求。

摘要：目的探讨平衡生物反馈训练对脑卒中足内翻患者的足底压力和平衡功能的作用。方法选择60例脑卒中足内翻患者,其中男性35例,女性25例;年龄50~58岁,平均年龄54.79岁;病程79~92 d,平均病程87.76 d;偏瘫左侧33例,右侧27例;脑梗死31例,脑出血29例。随机选择30例作为对照组,另外30例为试验组。对照组和试验组都进行综合训练,试验组在此基础上进行平衡生物反馈训练。两组连续训练8周,每周5 d,每天2次,每次共60 min。选用美国Tekscan公司的Footscan三维动态足底压力步态分析系统。在治疗前和治疗后8周,对患者的足底压力和平衡运动学参数进行对比。结果在足底压力方面,治疗前,两组患者内外侧压力和接触面积差异无统计学意义(P>0.05);治疗后,两组患者内侧压力增大(P0.05);治疗后两组患者的X、Y轴上的轨迹长度、均方差、最大动摇径、总轨迹、偏移长度和包络面积均显著降低(P<0.05),速度、单位面积轨迹长度均显著升高(P<0.05),试验组平衡运动学参数改善更为显著(P<0.05)。结论平衡生物反馈训练可显著提高脑卒中足内翻患者的足底压力和平衡功能。

摘要：矫形鞋垫的设计结构和材料硬度是影响足踝功能的重要因素,但目前市面上矫形鞋垫材料的多样性和材料属性还缺乏系统性研究。本研究以国内外矫形鞋垫各14种材料为研究对象,利用硬度测试仪对样品块多区域的硬度值进行数据测试和分析。结果发现,对比国内材料邵氏硬度值33.7~38.1 HA,国外材料的邵氏硬度值为23.1~42.9 HA,有较大的硬度值梯度变化。说明国内外矫形鞋垫材料的硬度值存在较大的差异,国内材料的制作工艺需要进一步改进和提高。

摘要：针对传统骨外固定器矫形力无法准确控制、安全性差的问题,本文基于RCM构型,搭建一种膝关节骨外固定机器人,提出一种间接自适应阻抗的矫形力跟踪方法。由于存在机械摩擦以及外部不确定性,针对阻抗控制鲁棒性差的问题,采用力误差信号作为目标阻抗的驱动力,建立新的阻抗模型适应矫形环境的变化,根据矫形力误差的变化,设计自适应律对阻抗参数实时调节,在线补偿动态环境的不确定性,使系统的力跟踪误差为零。并对所提的控制算法进行了胫骨矫形力控制的对比仿真和样机实验。结果表明:阻抗控制仿真结果各性能指标的加权平均值分别为2.12、8.58和13.2,且力跟踪实验的最大误差为20 N;相比于阻抗控制,自适应阻抗控制仿真性能指标的加权平均值仅为0.36、0.18和0.61,力跟踪波动误差控制在±3 N以内,具有更好的鲁棒性和自适应能力。

摘要：坐立运动是人体最常见的运动行为之一,膝关节是人体坐立运动的主要承力关节,因此进行坐立运动过程的膝关节动力学研究具有重要意义。基于力矩平衡原理对坐立运动的膝关节动力学进行分析,结合光学动作捕捉和六维支撑力测试所得数据,计算求得膝关节力矩曲线。为了验证实验数据和动力学分析的准确性,建立人体模型,根据实验数据拟合角度和角速度多项式方程,进行坐立运动的膝关节动力学仿真。结果显示计算数据和仿真数据在范围和变化趋势方面一致。综合膝关节力矩变化规律,揭示了膝关节力矩与地面反作用力的关系。坐立运动中膝关节力矩和地面反作用力成正比关系,比值为5~6,且由坐到立过程中,加速度先增大后减小最后反向增加,力矩最大值发生在膝关节夹角约140°时,而由立到坐过程中,力矩在初始阶段最大。坐立运动的膝关节动力学研究结果有益于坐立康复辅具的优化设计及力反馈控制,并可为膝关节康复训练提供理论指导。

摘要：目的:通过脑电节律探究健康人下肢运动想象机制。方法:选择20例健康被试完成下肢运动想象任务,对采集的脑电数据选择C3、C4、Cz通道分析其事件相关电位(event related potential,ERP)和事件相关去同步化与同步化(event-related desynchronization and synchronization,ERD/ERS)。结果:(1)左右下肢运动想象在C3、Cz、C4产生几乎相同的ERP模式,左右下肢Cz通道波峰潜伏期为230ms,C3通道潜伏期为250ms,C4通道潜伏期为260ms,两侧下肢运动想象均能诱发P300;(2)左侧下肢ERP均值在C3通道高于C4通道,右侧下肢ERP均值在C4通道高于C3通道;(3)无论是C3通道还是C4通道,单侧通道左右下肢运动想象均表现为ERD,两侧下肢想象运动ERDα频段较β频段明显。结论:左右下肢运动想象在两侧半球产生几乎相同的ERP模式和ERD,但下肢运动想象ERP均值出现同侧化。下肢运动想象诱发的P300可能和运动想象的注意和意图相关。本文研究成果可为下肢运动想象的脑机接口(braincomputer interface,BCI)设计开发提供有价值信息。

摘要：目的为提高减重步行训练机器人的临床应用,进一步促进康复机器人的实际应用与推广提供方法和措施,针对以往步行训练机器人临床应用性不强的问题,提出一种操作简单、结构灵活、实用性强的下肢康复机器人设计方案。方法利用模块化、集约化的设计方法,从人机工程学、康复医学、机械设计等方面对机器人整体进行穿戴式外骨骼、减重训练架、自适应跑台、悬吊背心等功能模块的划分和设计。同时,结合理论计算与SolidWorks有限元仿真,对机器人的关键部位进行优化分析。结果经过实体样机加工和初步临床实验,验证了该减重步行康复训练机器人设计的可行性和科学性。结论本次临床应用性设计研究可以提高减重步行训练机器人的实用性,可以为类似的研究和设计提供参考。

摘要：在我国人口老龄化趋势加快发展的背景下,发展康复辅具产业十分必要。据日本发展福祉产业的启示,现阶段我国发展康复辅具产业需要处理好八个方面的重要关系:对外,涉及该产业与养老助残的关系,与养老产业的关系;对内,涉及加工制造与服务体系的关系,产品和服务的供给与需求的关系;产业属性上,涉及福利属性与市场属性的关系;支持保障上,涉及与人才队伍的关系,与科技研发体系的关系;市场拓展上,涉及国内市场与国际市场的关系。在此基础上,文章提出了当前需要着力完成五个方面的重点任务:做好积极应对人口老龄化国家战略下的养老助残制度设计,统筹推进该产业同养老产业的深度融合发展,推进长期护理保险与基本养老保险等相关制度的衔接,用高水平的科研工作支撑福祉产业向中高端迈进,以及加快夯实康复辅具产业发展基础。

摘要：骨外固定技术为肢体矫形的重要治疗手段。针对现有骨外固定矫形机构在肢体旋转和牵伸矫形时存在的运动耦合、旋转错位等问题,借鉴RCM机构的构型优势,在传统Ilizarov外固定器的基础上设计了一种具有定心运动特征,易于实现单自由度独立运动的2R1T定心矫形骨外固定机器人。基于旋量理论,开展了传统Ilizarov骨外固定支架矫形的数学分析,并在此基础上,建立了2R1T定心矫形骨外固定机器人的旋量系与反旋量系,进行了支链选型与构型综合。最后,分析了机器人运动学位姿及工作空间,并结合矫形要求对机器人进行了矫形运动仿真分析和样机实验,基于胫骨的运动轨迹,得出机器人转动矫形范围为-15°~15°,误差范围为±0.5°,牵伸矫形范围为0~30 mm,误差范围为±0.2 mm,实现了矫形的量化与精准调控,保障了肢体矫形的安全性。