外骨骼式上肢康复机器人机构的研究
上肢康复机器人研究现状的分析

2、技术水平
近年来,随着人工智能、机器视觉等技术的不断发展,上肢康复机器人的技 术水平也得到了不断提高。目前,智能型康复机器人已经成为上肢康复机器人的 主流,其采用的技术包括机器视觉、深度学习、神经网络等。这些技术的应用使 得上肢康复机器人能够更好地识别患者的意图和运动状态,从而进行更加精准的 康复治疗。
上肢康复机器人研究现状的分 析
目录
01 一、上肢康复机器人 的发展历程
03
三、上肢康复机器人 的优缺点评价
02
二、上肢康复机器人 的研究现状
04 参考内容
随着科技的不断发展,康复机器人已经成为了现代医疗领域中的重要一环。 其中,上肢康复机器人作为康复机器人的一个重要分支,对于改善患者上肢运动 功能、减轻医护人员工作负担等方面具有重要意义。本次演示将对上肢康复机器 人的研究现状进行分析,并探讨未来的发展方向。
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二、上肢康复机器人发展的现状
1、市场前景
随着人们健康意识的提高和医疗技术的不断发展,上肢康复机器人的市场需 求正在不断增长。目前,全球康复机器人市场已经进入了快速发展的阶段,据统 计,到2025年,全球康复机器人市场规模将达到33亿美元。
2、产品特点
上肢康复机器人主要针对上肢运动功能障碍患者进行康复训练,产品特点主 要包括以下几个方面:
4、探索人机融合技术:未来,人机融合技术将会成为一个重要的研究方向。 通过将人类的智能和机器的能力相结合,可以进一步提高机器人的智能化程度和 工作效率。同时,这也将为人类提供更加便捷、高效、个性化的服务体验。
5、加强人机交互研究:人机交互是影响机器人使用体验的关键因素之一。
参考内容
随着现代医疗技术的不断进步,康复机器人作为医疗器械的一种,正在逐渐 受到人们的和重视。其中,上肢康复机器人作为康复机器人的一个重要分支,对 于帮助上肢运动功能障碍患者恢复肢体功能具有重要意义。本次演示将对上肢康 复机器人的发展现状进行分析与研究,旨在为相关领域的发展提供参考。
机器人外骨骼辅助康复技术研究

机器人外骨骼辅助康复技术研究第一章:引言机器人外骨骼辅助康复技术是指通过机器人外骨骼设备来帮助残疾人士康复,恢复运动能力的技术。
随着社会的不断发展,人类生活水平不断提高,老龄化人口的增加,意外事故的频发等原因,身体残疾、丧失肢体运动能力的人越来越多,这种技术的应用正在得到越来越广泛的关注。
本文将从外骨骼的机理、辅助康复的相关技术、应用场景等方面展开研究和探讨。
第二章:机器人外骨骼相关知识机器人外骨骼,顾名思义,就是由机器人构成的骨骼结构,用于增强人体运动系统的能力。
外骨骼的结构可以根据其功能分为两类,即上肢外骨骼和下肢外骨骼。
上肢外骨骼一般由手部机械手臂、肩部外骨骼与身体下部连接的复合系统等构成。
它可以通过电子传感器识别人的自然运动,传达相应的信号来控制骨骼的动作。
上肢外骨骼的治疗病种主要是手臂运动障碍和脊髓损伤导致的肌肉系统功能障碍等。
下肢外骨骼则是由机器人外骨骼构成的支架,具有下肢骨骼结构,与人的膝盖、脚踝、大腿等相连接,可以实时通过电子传感器对人的活动进行识别,控制其骨骼的动作。
下肢外骨骼的治疗病种主要是下肢骨折、瘫痪、关节疾病等需要恢复步态的病人。
第三章:机器人外骨骼辅助康复相关技术机器人外骨骼辅助康复技术主要由电子技术、仿生学和工程学等多个领域的技术集成而成。
其中重要的技术包括:1. 传感技术机器人外骨骼所需的传感器可以传递运动信息,控制外骨骼的动作,还可以将患者的数据传递给康复师或医生进行分析。
2. 动力学技术动力学技术用于判断机器人外骨骼的性能,使外骨骼能够根据用户的活动进行调整,在最小的时延内响应用户的动作。
3. 控制技术机器人外骨骼的运动必须通过一个复杂的控制系统来实现。
使用控制技术可以确保机器人外骨骼的动作稳定、精确和安全。
4. 材料技术机器人外骨骼需要使用耐磨、耐用、轻便的材料。
高分子材料不仅有强度优势,而且具有较好的生理相容性,在制造机器人外骨骼时应该优先考虑。
第四章:机器人外骨骼辅助康复技术的应用场景机器人外骨骼辅助康复技术的应用范围非常广泛,包括下肢和上肢两大领域:1. 下肢外骨骼应用下肢外骨骼适用于需要恢复步态的病人,如下肢截瘫、肌张力增高、脑卒中后遗症、脊髓损伤等。
上肢康复机器人的研究

上肢康复机器人的研究上肢康复机器人是一种能够辅助患者进行上肢康复训练的机器人系统,旨在帮助患者恢复手臂、肩膀等上肢肌肉功能,并提供康复过程的监测和评估。
随着近年来康复机器人技术的快速发展,上肢康复机器人在康复医学领域受到了越来越多的关注和研究。
上肢康复机器人主要通过模拟人体上肢运动的方式,向患者提供不同程度的力量、力矩支持和移动指导,以促进上肢肌肉的康复训练。
它可以帮助患者进行肌肉训练、关节活动、手握能力恢复等多个方面的康复训练,提高患者的活动能力和生活质量。
研究表明,上肢康复机器人与传统的人工物理治疗相比具有以下几个优势。
首先,机器人系统能够提供精确的控制和力矩支持,可以根据患者的康复进展进行动态调整,使训练更加个性化和有效。
其次,机器人可以重复进行康复训练,避免了传统治疗中医师助力的主观性和风险性,使康复训练更加安全和可靠。
此外,机器人系统还能够记录和存储患者的康复数据,为康复进程的评估和分析提供了有力的工具。
在上肢康复机器人的研究中,主要包括机械设计、控制算法和康复训练的评估等方面。
机械设计是研究的基础,主要涉及机器人的结构设计、传动系统、力传感器等方面。
控制算法是机器人运动实现的关键,通过实时监测患者的运动状态和力矩需求,控制机器人的运动和力矩输出。
康复训练的评估是判断机器人康复效果的重要指标,可以通过记录患者的运动范围、速度、精准度等数据,分析患者的康复情况并随时调整训练方案。
在机器人结构设计方面,研究者提出了多种不同的方案。
例如,可穿戴式机器人适用于重度偏瘫患者,其结构类似于肩关节外骨骼,可以通过电机和传感器实现对上肢运动的辅助和控制。
桌面式机器人适用于轻度至中度偏瘫患者,可通过桌面上的操纵杆或触摸屏进行操控。
另外,还有些机器人设计为具有可调节高度和角度等功能的移动式机器人,可以适应不同患者的需求和康复阶段。
在控制算法方面,研究者采用了多种方法来实现机器人的运动控制。
PID控制是一种常用的方法,可以根据患者的运动需求实现力矩的协调输出。
基于外骨骼的上肢康复机器人设计与研究

研究生签名:—诌耻 扣f牛年’月巧日
硕士论文
基于外骨骼的上肢康复机器人设计与研究
supination/pronation motion of the shoulder and the flexion/extension motion ofthe elbow.
In this paper,the forward kinematics and inverse kinematics of the rehabilitation robot
2外骨骼式E肢康复机器人总体方案设计……………………………………….1 2
2.1手臂的解剖学知识分析…………………………………………………………….12 2。1。1人体解剖学基本知识…………………………………………………………12 2.1.2上肢关节及自由度分析………………………………………………………13
摘要
随着人们生活工作节奏越来越快,手臂成了日常生活中运用最多也最容易受伤的肢 体。传统的人工物理疗法中,治疗师们劳动强度大且要求具有高度熟练技巧。康复机器 人旨在利用机器人原理,把智能控制与人体运动相结合,且能够承受高的工作强度。人 们借助康复机器人的标准化的重复运动,可以促进神经功能重塑,最终达到恢复患者运 动及控制能力的目的。基于这一应用背景,本课题在结合骨科康复医学的基础上研制了 一种能辅助人体手臂进行康复训练的外骨骼式上肢康复机器人。
Abstract
Because of the rapid life and work pace,arlrls have become the busiest,and also the most vulnerable limbs.111e traditional physical therapy about the limbs needs higMy skillful
上肢康复机器人研究现状分析

上肢康复机器人研究现状分析随着社会老龄化日益严重,脑卒中患者患病人数不断提升,急需将更加先进的技术引入康复治疗领域。
本文对上肢康复机器人的国内外研究现状进行了阐述,并结合临床康复医学理论对上肢康复机器人的发展趋势进行了展望。
标签:脑卒中;上肢康复;机器人1 研究背景脑卒中,俗称中风,是因急性脑血管病变引起血液循环被破坏造成局部或全脑神经功能障碍的一种疾病。
是当今我国社会中老年人多发的一种疾病,且发病率逐年上升。
这种疾病会使患者肢体运动功能丧失,尤其是上肢运动功能的丧失,所以极大地影响了患者日常生活的能力。
伴随经济的发展,人们对生活期望的不断提高,对中风患者进行及时有效的康复运动治疗变得尤为迫切和重要。
全球平均每年中风的发病比率达到200/10万。
世界卫生组织有关调查表明:中国脑卒中发病率居所有国家之首位,远超于美国。
根据我国现有的社会医疗水平,将近1/4的脑卒中患者会因治疗水平的限制而丧失生命,脑卒中已成为中国第一致死因素。
以“脑可塑性”为基础的康复锻炼,是早已被临床医学实践应用所证明了的有效的治疗方法。
目前,传统的医疗康复训练主要是以专业康复治疗师徒手操作为主,此类方法对患者自身和病患家属及医务人员来说都是一项耗时、费力、单调乏味的工作。
而且由于我国患者众多,专业康复治疗师严重缺失(大概比例1%),使得更多患者因康复运动强度不足而导致康复效果不能达到理想状态。
因此,有必要将机器人技术引入康复治疗领域,让机器人代替理疗师进行繁重的工作。
上肢康复机器人的研究和应用,对我国康复医疗水平的提高及多学科交叉研究的进步都具有重要意义。
2 上肢康复机器人研究现状康复机器人是机器人技术在康复医学应用的产物,涉及多门学科知识。
如今,康复机器人已有了较为全面的发展。
1991年,美国麻省理工学院开发了一款康复训练机器人MIT—MANUS,可以帮助偏瘫患者进行康复训练。
该设备的运动主体是五连杆机构,提供两个自由度的运动,可以辅助患者完成手臂的平面运动,可同步获取手臂运动速度、角度等参数,且能够通过微机界面对患者反馈信息。
外骨骼康复机器人的设计与控制研究

外骨骼康复机器人的设计与控制研究随着人口老龄化的加剧以及各种意外事件的频繁发生,患者的康复需求越来越高。
传统的康复方法需要庞大的人力和物力,并且难以充分满足患者的需求。
因此,外骨骼康复机器人的设计与控制研究已经成为一种新的趋势。
外骨骼康复机器人是一种可以与人体直接接触的机器人,可以帮助人体的运动功能进行康复。
它主要由运动控制系统、力/传感系统和行走算法等组成。
其中,运动控制系统是整个系统最重要的组成部分,它通过电动驱动器和传感器实现对运动平衡的控制,并可自适应调整每个关节的运动角度和力矩,在实现康复的同时,避免了对运动组织的二次伤害。
外骨骼康复机器人的设计具有许多挑战性问题,包括结构设计、动力学建模与控制算法设计等。
其中,结构设计是影响机器人性能的一个重要因素。
机器人的外形、材料和布局应该能够充分考虑人体结构的特点,具有良好的适应性和舒适性。
同时,由于机器人所承受的载荷较大,因此结构必须具有足够的强度和刚度。
动力学建模是外骨骼康复机器人控制算法设计的基础。
它通过建立机器人与人体的动力学模型,以预测人体的运动状态和相应的力矩,从而实现良好的控制性能。
同时,由于人体的运动状态和运动模式具有相互影响的特性,因此在设计控制算法时必须考虑人体的运动状态和运动模式对机器人的影响。
控制算法设计是外骨骼康复机器人的关键技术之一。
它主要包括姿态控制、步态规划、力矩控制和反馈控制等。
其中,姿态控制主要是调整机器人的关节角度,以使人体运动回路达到平衡;步态规划主要是确定每一步的运动目标和运动轨迹,以实现平稳的步态;力矩控制主要控制机器人与人体之间的力矩转换,以实现合适的支撑和摆动;反馈控制主要是通过传感技术反馈机器人与人体之间的力量信息,以实现精准的运动控制。
外骨骼康复机器人的研究具有广阔的发展前景。
它可以帮助患者恢复行动能力,减轻护理人员的工作负担,同时也可以有效降低医疗成本。
然而,外骨骼康复机器人的开发仍面临许多挑战。
基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究

基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究一、本文概述随着科技的快速发展和人口老龄化趋势的加剧,康复机器人的研究和应用日益受到重视。
在众多康复机器人中,基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人因其独特的设计理念和实际应用价值,成为了康复工程领域的研究热点。
本文旨在探讨基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人的设计与研究,通过对其结构、功能、控制策略等方面进行深入分析,以期为该领域的研究提供有益的参考和借鉴。
本文首先介绍了上肢康复机器人的研究背景和意义,阐述了其在康复治疗中的重要性和迫切性。
接着,综述了国内外在该领域的研究现状和发展趋势,分析了现有技术的优缺点和面临的挑战。
在此基础上,提出了一种基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人的设计方案,并详细介绍了其机械结构、传感器配置、控制系统等方面的内容。
本文的重点在于研究该康复机器人的运动学特性、动力学模型以及控制策略。
通过建立合理的数学模型,分析了机器人在不同运动模式下的运动学和动力学特性,为后续的控制算法设计提供了理论基础。
同时,针对康复机器人的特点,提出了一种基于人机交互力感知的智能控制策略,实现了机器人在康复训练过程中的自适应调整和优化。
本文通过实验验证了所设计的康复机器人的可行性和有效性。
通过对比实验和数据分析,证明了该机器人在上肢康复训练中具有良好的辅助效果和康复效果,为临床康复治疗提供了新的可能性和选择。
本文的研究内容对于推动基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人的发展具有重要的理论意义和实践价值。
希望通过本文的探讨和研究,能够为相关领域的研究者和实践者提供有益的参考和启示。
二、相关理论基础与技术外骨骼,又称作动力外骨骼或动力服,是一种可穿戴设备,旨在为穿戴者提供额外的力量或运动能力。
外骨骼通常由硬质的外部框架和一组动力机构组成,可以通过机械、液压或气压传动系统驱动。
外骨骼技术最初是为了军事和航空航天应用而开发的,旨在增强士兵或宇航员的负载能力和运动性能。
外骨骼式上肢康复机械臂控制系统的研究

- 36 -高 新 技 术0 引言近几年,我国中风病人的数量逐年增多,中风后需要进行运动康复,但是由于康复治疗师的短缺,因此许多病人都错过了最佳的恢复时期。
随着科技的发展,机器人开始在康复领域中应用,通过外骨骼式上肢康复机械臂帮助病人进行辅助运动是1个很好的康复方法,该方法能够让病人在没有康复师的情况下进行运动,并且上肢康复机械臂可以实时记录病人的运动数据,也可以作为病人最后康复的确认依据,为医师诊断病情提供更可靠的支持和依据。
通过最终的研结果可以发现,外骨骼式上肢康复机械臂的设计方案对病人的康复效果有很大的影响,在病人的使用过程中会存在一些与最初设计相关的问题,例如机械臂运动时带给病人的推力与病人的恢复情况有很大的关系,这涉及控制系统的逻辑控制,而外骨骼式上肢康复机械臂最终的应用也离不开对数据的分析以及与机械设计的磨合,只有拥有足够多的数据才能调试好程序。
1 构建模型材料描述1.1 肘关节与肩关节的运动描述人体上肢的运动主要是由3个关节配合完成的(一共有7个自由度),而该文设计的机器人包括了其中2个关节(肩关节和肘关节)。
虽然只有2个关节,但是该机器人能够做出许多动作,在初步的设计中,需要对各个动作的数据进行采集,从而搭建模型,编写力量反馈程序[1]。
肩关节可以伸展、屈曲、内收、外展、内部旋转和外部旋转,灵活性非常高,关节动作运动的范围见表1。
肩关节的运动决定了肘关节的位置。
表1 关节动作运动范围表关节运动类型运动范围肩关节屈曲/伸展-50 ° ̄180 °内收/外展-80 ° ̄180 °内旋/外旋-90 ° ̄90 °肘关节屈曲/伸展0 ° ̄150 °与肩关节相比,肘关节只能来回运动1个自由度,通过肩关节与肘关节的运动,可以确定腕关节的位置。
模型数据的采集以以下7个动作为主:肩关节和平、肩关节屈伸、肩关节外展、肩关节伸展、肩关节内旋、肩关节外旋以及肘关节屈伸[2]。
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关键词 : 康 复训 练 ; 上肢 ; 肘关 节 ; 前 臂
摘 要 : 随着近年 来偏 瘫 患者 的增 多, 传 统的 康 复 医疗手 段 已经 不能 满足 当前社会 需求 。在 康 复领域 中, 上肢康 复 尤为 热点 。人体 上肢 从 事各 种 复杂 、 精 细 活动 , 它 的运 动功 能 直接 影响 人
第3 7卷
第 1 期
河北联 合大 学 学报 ( 自然 科 学版 )
J o u r n a l o f H e b e i U n i t e d Un i v e r s i t y( Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n )
V o1 . 3 7 NO .1
2 0 1 5年 1 月
J a n . 2 0 1 5
文章 编 号 : 2 0 9 5 — 2 7 1 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 — 0 0 4 4 — 0 5
外 骨 骼 式 上肢 康 复机 器 人机 构 的研 究
徐文墨 , 程 秀芳 , 王腾 飞
1外 骨骼 式上 肢 康 复机 器 人机 构 总体 设 计 方 案
1 . 1 外 骨骼 式上 肢康 复机 器人 的设计 要 求
临床 康 复医学 对外 骨骼 式机 器人 机构 的设 计 要 求 : 满 足 工作 对 象 要 求 , 机 构 的运 动不 能 与 人 体 产 生 干 涉; 由于患者 肢体 力量 比较脆 弱 , 要有 相应 的支 撑结构 对 机 械臂 本 体和 患肢 进 行 支撑 ; 机 器 人 的关 节 设 置 以
心理 和社会 上再 适 应 , 以恢 复 其 自立 的能 力 , 社会 的活 动 和 人 际 问 的关 系 , 提 高 患 者 的生 存 质 量 ( 参 与水 平
上) 。本 文针对 康 复领域 中上肢康 复 问题设计 了一种 新 型 的两 自由度康 复机 构 , 帮 助 患 者实 现 对 肘 关节 屈 、 伸 和前臂 前 、 后 旋运 动 的康 复训练 , 以帮助患 者达 到康 复 目的 。
动能 力 的恢复 是康 复 医疗 领域 的重 要课 题 。康复 的主 要 目的是 : 预 防残 疾 的发 生 和改 善 运 动 、 语言 交 流 、 认 知 以及 其 他受损 的功能 ( 身体 水平 上) ; 尽可能 地恢 复患 者 的 日常 生活 活动 能力 ( 活动 水平 上 ) ; 使患 者在精 神
及 尺寸结 构 , 符合 人体 上肢 的生 理结 构 , 以便合 理布 置机 构 上 固定 肢体 的位置 ; 为 了使外 骨 骼 机构 与 上 肢具
有 更好 的交互 性 , 需使 机构 尽量 轻巧 、 轻便 , 并 满足 经济性 要求 ; 最 后应保 证 机构运 动 可靠 , 传 动误 差小 。
1 . 2 外骨骼 式 上肢康 复机 器人 的设 计构 想
为 了减 轻外 骨骼 重量 , 本设 计 采用 航 空 硬铝 7 0 7 5 - T6 5 1铝合 金 。7 0 7 5 一 T 6 5 1铝合 金 被 誉 为铝 合 金 中最 优 良的产 品 , 强度 高 、 特别 用 于制造要 求 强度 高 、 抗 腐蚀 性 能强 的高应 力 结构 体 。为 了保 证 机 器 人在 康 复 活
收稿 日期 : 2 0 1 4 — 0 6 — 3 0
第 1 期
徐文 墨 , 等: 外 骨骼 式上 肢康 复机 器人 机构 的研 究
4 பைடு நூலகம்
动过 程 中 的安 全性 , 分 别在 肘关 节屈 伸运 动及 前臂 前旋 、 后 旋 运动 过 程 中设 置 安全 限位装 置 , 以保 护 患者 肢 体不 会在 机 器人康 复 运动 中受 到二 次损 伤 。前臂 挡板设 计 为伸缩 结 构 , 以满 足不 同人前 臂长 度不 同 的情况 。 在传 动 系统 中设 计专 用套 筒 , 与 电磁 离 合器 配合 使用 。通 过 套筒 的 接合 、 断 开 与 电磁 离 合 器 的断 开 、 接 合 配 合, 使运 动分 别传 递 到两个 线 路 , 完 成两 个不 同 的运动 , 模 拟 人体 的肘关 节 屈 、 伸 运动 及 前 臂 的前 旋 、 后 旋运 动, 完成 康 复过 程 。
脑 的可 塑性 越大 , 运动 功能 恢复 的潜 力越 大 。传统 的临 床康 复 治疗 是 医 师徒 手或 者 借 助机 械 器材 对 患 者 进
行 的一 对一 的连 续被 动训 练 , 效 率低 , 效果 不 明显 , 消耗 费用 高 , 很 难推 广 。这一 中风后 的常 见症 状给 患者 家 庭 带来 了沉 重 的经济 负担 。针对 这 种行 动能力 有 问题 的人 群 , 国 内外 科研 单 位相 继 研 制 出很 多康 复机 械 系
类 的 日常 生 活能力 。提 出一种 两 自由度 的新 型机 构 , 对 患者 肘 关节 的 屈 、 伸 和 前 臂 的前 、 后 旋
运动进 行 康复训 练 , 以达 到 上 肢 康 复 的 目 的 。 中 图分类 号 : TH7 0 3 文 献标 识码 : A
近 几年 , 随着 社会 人 口老龄 化 的增速 发展 , 越来 越 多 的人成 为 偏瘫 的高 发人 群 。偏 瘫 , 表 现 为使 患 者失 去 自主 运动 及生 活 的能力 。根 据全 国脑血 管病 防治 办公 室 的估 计 , 在存 活 的脑卒 中患 者 中 , 7 5 左右 的患 者 不 同程 度地 丧失 劳动 能力 , 4 o %重度 致残 , 给 家庭 和社会 造成 了沉 重 的负担 。临床 医学 证 明 , 训 练开 始越早 ,
统 来帮 助患 者实 现适 合 自己的康复 过 程 。康 复机 器 人 的应 用 , 大 大 减小 了 医师 的 运 动 强度 , 提高 了康 复 效 率, 保证 康 复过 程 中的动作 始 终如一 , 保 持正 确 的运动 路线 , 使患 者得 到更好 的康 复 。
人 体 上肢从 事各 种复 杂 、 精细 活动 , 它 的运动 功能 直 接影 响人 类 的 E t 常 生 活 能力 。因而 , 偏 瘫 后上 肢 运