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研發(fā)團隊

Teams

康復機器人團隊

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2019-10-14
團隊信息
課題組名稱(chēng):康復機器人團隊
課題組網(wǎng)址:
負責人:趙新剛 工作單位:中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所 學(xué)科領(lǐng)域:機器人學(xué)與機器人技術(shù)
課題組院地合作聯(lián)絡(luò )人員
姓 名:張道輝 辦公電話(huà):
手 機:13080711130 E-mail:zhangdaohui@sia.cn
科技處院地合作聯(lián)絡(luò )人員
姓 名:房靈申 辦公電話(huà):024-23970539
手 機:13840267512 E-mail:lsfang@sia.cn
團隊介紹

康復機器人團隊一直致力于生物電信號處理、人機交互技術(shù)及康復機器人等方向的研究。自主設計開(kāi)發(fā)了表明肌電信號采集傳感器,肌電信號采集分析軟件系統,并開(kāi)發(fā)了上肢肌電假肢、肌電假手、肌電鼠標等多套人機交互實(shí)驗平臺。在分析人的手指骨骼、關(guān)節及手指運動(dòng)的基礎上,設計開(kāi)發(fā)了面向殘疾人實(shí)用的五指假肢手;為提高手部功能,設計開(kāi)發(fā)了單指具有2個(gè)主動(dòng)自由度的五指假肢手,每個(gè)手指自由度由電機驅動(dòng),能執行多種類(lèi)人手的動(dòng)作。研發(fā)了多套康復機器人系統平臺,包括上肢鏡像康復系統、七自由度上肢康復系統、下肢外骨骼助力系統、外骨骼康復手和踝關(guān)節康復系統等,積累了豐富的康復機器人設計與開(kāi)發(fā)經(jīng)驗。


下面重點(diǎn)介紹外骨骼康復手和踝關(guān)節康復系統。

外骨骼康復手

1、簡(jiǎn)介


肢體運動(dòng)障礙是腦卒中患者的常見(jiàn)后遺癥,嚴重影響患者生活質(zhì)量?,F有人工康復方式效率低、成本高,因此,團隊開(kāi)展外骨骼康復手研究,通過(guò)康復運動(dòng)幫助患者重新學(xué)習肢體運動(dòng)控制技能,恢復建立腦到肌肉的正確的神經(jīng)通路。主要包括兩個(gè)方面的研究:1)基于柔性驅動(dòng)器,從機構上保證患者不會(huì )受到傷害。2)智能化圖形交互環(huán)境,患者可實(shí)時(shí)基于表面肌電信號控制康復手,實(shí)現患者自我康復操作。開(kāi)發(fā)的機器人系統將在醫院康復中心進(jìn)行康復實(shí)驗與評估。本系統以柔性驅動(dòng)的康復理念為指導建立機器人輔助康復系統,引領(lǐng)機器人輔助康復技術(shù)及康復產(chǎn)品的發(fā)展。

坐式(左)與臥式(右)踝關(guān)節康復系統


2、主要用途


外骨骼康復手可用于腦卒中等神經(jīng)損傷患者在康復中心或在家中進(jìn)行康復治療,提供更智能化、更高效康復訓練服務(wù)??祻湍J桨ǎ?/p>

1)被動(dòng)訓練,機器人系統輔助患者癱瘓手指進(jìn)行被動(dòng)康復訓練,防止攣縮和粘連,改善肢體血液循環(huán),防止或消除肢體腫脹以及恢復和維持關(guān)節的正?;顒?dòng)范圍;

2)主動(dòng)訓練,患者基于表面肌電信號控制康復手,恢復肌肉力度和對肌肉的控制能力;

3)主被動(dòng)結合,康復訓練后期,患者患者在外力協(xié)助下完成設定的運動(dòng)學(xué)目標,增進(jìn)關(guān)節運動(dòng)的協(xié)調性和保證動(dòng)作的準確性;

4)采用安全力控制策略,確?;颊甙踩?;

5)訓練過(guò)程實(shí)時(shí)記錄患者sEMG,實(shí)時(shí)評估患者康復狀況,輔助醫生/患者做出康復決策。


3、性能指標


康復設備功能:


(1)可以基于表面肌電信號,并控制外骨骼康復手人帶動(dòng)患側做運動(dòng)。同時(shí)為患者實(shí)時(shí)顯示虛擬運動(dòng)畫(huà)面,達到刺激患者皮層,重建正確的腦神經(jīng)通路的作用。

(2)可以支撐病人的手部重量,可輔助患者手指運動(dòng),且范圍和速度均由患者主動(dòng)控制,符合患者主動(dòng)康復原理;這種帶有輔助力的神經(jīng)肌肉功能訓練可以有效地提高神經(jīng)對肌肉的支配和控制能力,提高肌肉的募集能力和協(xié)調性,從而提高患者上手指的運動(dòng)功能。

(3)外骨骼康復手同時(shí)具有連續被動(dòng)運動(dòng)功能。每個(gè)關(guān)節可按照預先設定好的角度和速度,進(jìn)行持續的被動(dòng)運動(dòng)。主要用于防治制動(dòng)引起的關(guān)節攣縮,促進(jìn)關(guān)節軟骨、韌帶和肌腱的修復,改善局部血液淋巴循環(huán),促進(jìn)腫脹、疼痛等癥狀的消除,使關(guān)節活動(dòng)角度盡可能恢復到或超過(guò)損傷前的程度,最終使手部功能的恢復更早、更完善。

(4)智能化圖形交互環(huán)境,患者可實(shí)時(shí)基于表面肌電信號控制外骨骼康復手,實(shí)現患者自我康復操作。


康復設備特點(diǎn):


(1)每只手指的驅動(dòng)部分均串聯(lián)彈性元件,使之與直線(xiàn)電機組合,實(shí)現柔順驅動(dòng),充分保證患者的安全性,舒適性。

(2)具有被動(dòng)、主動(dòng)、主被動(dòng)等多種康復運動(dòng)模式,不同模式之間切換方便,可獨立存儲多套治療方案。

(3)按人類(lèi)工程學(xué)設計,外骨骼康復手手掌部分充分吻合人手曲線(xiàn),更具方便性和合理性。

(4)患者通過(guò)使用康復機器人參與治療訓練,能有效促進(jìn)神經(jīng)系統功能的重組。


康復設備適應癥:


腦中風(fēng)(腦神經(jīng)異常)、腦外傷所致手指運動(dòng)障礙,早期對患者姿位的擺放以及被動(dòng)運動(dòng),可以有效地防止各種異常運動(dòng)模式的形成和并發(fā)癥的產(chǎn)生。


外骨骼康復手參數:


(1)近指端關(guān)節彎曲/伸展:;

(2)遠指端關(guān)節彎曲/伸展:;

(3)近指端關(guān)節最大運動(dòng)速度及最佳效率速度分別為:、;

(4)遠指端關(guān)節最大運動(dòng)速度及最佳效率速度分別為:、。


4、市場(chǎng)前景


傳統的運動(dòng)功能障礙改善治療是采用手術(shù)的方法修復受損的神經(jīng)系統,并通過(guò)術(shù)后的康復訓練來(lái)改善運動(dòng)功能。通過(guò)高強度、重復性的訓練刺激皮質(zhì)層重組并加強習得性應用來(lái)幫助患者重新學(xué)習運動(dòng)控制已經(jīng)得到了康復醫學(xué)的驗證。但是這種康復治療方案不僅增加了理療師的勞動(dòng)強度同時(shí)也加重了患者的財務(wù)負擔。應用康復醫學(xué)概念并結合機器人技術(shù)研制外骨骼康復手,利用機械裝置輔助手部關(guān)節及手指彎曲伸展運動(dòng),并通過(guò)控制系統實(shí)現運動(dòng)康復策略促進(jìn)手部功能恢復,將會(huì )克服傳統方法的缺陷,為患者提供更好的康復體驗,具有廣闊的應用前景。


患者對于自動(dòng)化程度較高的康復設備需求迫切,但我國具有高智能化程度的康復訓練設備還處于空白狀態(tài)。另外,從發(fā)達國家康復產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)看,由于市場(chǎng)需求的拉動(dòng),家庭醫療器械即使在各行業(yè)普遍不景氣的情況下,也能一枝獨秀。本項目成果既適合康復中心進(jìn)行批量患者康復使用也適合單個(gè)患者家庭康復使用,因此本項目的成果前景非常廣闊,市場(chǎng)潛力巨大。


踝關(guān)節康復系統


1、簡(jiǎn)介


踝關(guān)節是人體負重最大的關(guān)節,也是人體下肢運動(dòng)的關(guān)鍵關(guān)節,在人類(lèi)的日常生活中起著(zhù)關(guān)鍵作用。目前,由于人口老齡化的加重,交通工具的快速發(fā)展以及人們生活節奏的加快,踝關(guān)節的損傷在日常生活中較為常見(jiàn)?,F有人工康復方式效率低、成本高,團隊開(kāi)展踝關(guān)節康復技術(shù)研究,通過(guò)康復運動(dòng)幫助患者重新學(xué)習肢體運動(dòng)控制技能,恢復建立腦到肌肉的正確的神經(jīng)通路。從神經(jīng)康復角度出發(fā),開(kāi)展了以下兩個(gè)方面的研究:

1)基于關(guān)節扭矩傳感器集成的踝關(guān)節康復機器人多模式控制方法,從控制上保證患者安全;

2)智能化圖形交互環(huán)境,患者可實(shí)時(shí)基于表面肌電信號控制踝關(guān)節康復系統,增強患者主動(dòng)參與度,實(shí)現患者自我康復操作。本系統以基于表面肌電信號的多模式控制方法的康復理念為指導建立踝關(guān)節康復系統,引領(lǐng)機器人輔助康復技術(shù)及康復產(chǎn)品的發(fā)展。


2、主要用途


踝關(guān)節康復系統可用于腦卒中等神經(jīng)損傷患者在康復中心或在家中進(jìn)行康復治療,提供更智能化、更高效康復訓練服務(wù)。功能包括:

1)基于被動(dòng)控制模式,在線(xiàn)實(shí)時(shí)調節踝關(guān)節跖屈運動(dòng)與背屈運動(dòng)的極限位置、康復運動(dòng)周期次數、速度參數、拉伸時(shí)間,讓患者在踝關(guān)節康復設備的帶的下進(jìn)行往復康復運動(dòng),并且在極限位置上進(jìn)行拉伸一定的時(shí)間;

2)基于主動(dòng)多種控制模式,恢復神經(jīng)意識對踝關(guān)節運動(dòng)的準確控制;

3)采用穿戴式工作方式,直接驅動(dòng)踝

典型轉移轉化項目案例

暫無(wú)


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