下肢康復(fù)機器人-矯形器培訓(xùn)講學(xué)

藍色.簡約藍白配+線條+墨跡模版目錄1234研究背景

由于年齡的增長、意外事故以及疾病等原因而使人們的行為能力逐漸衰退甚至喪失，這也使得研究人員將精力集中于使病人重獲行為能力的康復(fù)療法?？祻?fù)又可分為物理康復(fù)，認(rèn)知康復(fù)，情緒康復(fù)和社會康復(fù)。在腦卒中后三個月約有三分之一幸存的患者不能恢復(fù)正常的行走功能,只能以典型的不對稱的步態(tài)行走。同時,他們的步行速度和耐力也明顯減退。年老或殘疾引起的有效功能減退的增加迫使研究人員關(guān)注如何通過康復(fù)治療讓患者恢復(fù)以前的有效功能。因此,如何改善患者的行走功能,提高其生活自理能力,使其最大限度回歸社會是當(dāng)前需要研究的重要課題。

目前對神經(jīng)系統(tǒng)傷病所致肢體功能障礙的康復(fù)治療主要依賴于治療師一對一或多對一的徒手訓(xùn)練，難以實現(xiàn)高強度、有針對性和重復(fù)性的康復(fù)訓(xùn)練要求，特別是在國外，人工訓(xùn)練的成本很高；另外康復(fù)評價也多為主觀評價，不能夠?qū)崟r監(jiān)測治療效果。為解決這些康復(fù)訓(xùn)練過程中出現(xiàn)的問題，需要安全、定量、有效及可進行重復(fù)訓(xùn)練的新技術(shù)，康復(fù)機器人的出現(xiàn)從某種程度上解決了這一問題。發(fā)展歷史

早在20世紀(jì)60年代臨床學(xué)家就已經(jīng)使用ContinuousPassiveMotion（CPM）機器來協(xié)助患者手術(shù)后的康復(fù)過程。CPM是一種先進的康復(fù)技術(shù)，它通過外力來限制肢體被動運動范圍（ProgressivepassiveRangeofMotion，PROM）。

第一個多軸機器人系統(tǒng)公布是在1988年。這是一個智能機器人系統(tǒng)由帶有力傳感器的兩個雙鏈接平面機器人組成，用于關(guān)節(jié)持續(xù)被動活動。1996年提出的WARD（助行與康復(fù)設(shè)備），利用一個氣動致動器系統(tǒng)來減輕病人體重。

治療康復(fù)機器人最初重視運動反饋，后來擴展至基于治療系統(tǒng)的功能性電刺激(FES)和虛擬現(xiàn)實（VR）。FES通過對神經(jīng)元的人工電刺激來恢復(fù)行走。盡管FES的概念是由Moe和Post提出的，但FES首次應(yīng)用于行走卻是由Liberson和他的同事在1961年為足下垂而做。1963年，Kanttrowitz完成了一個對完全癱瘓病人的四頭肌，大臀肌的表面電刺激系統(tǒng)，以協(xié)助其站立。1983年，一個在盧布爾雅那的研究小組將FES劃入常規(guī)物理療法。FES還廣泛的用做足下垂刺激器來克服脛骨前肌的衰弱。第一個商業(yè)化可植入的足下垂刺激器由RanchoLosAmigos醫(yī)學(xué)中心和美敦力公司發(fā)明。

盡管虛擬現(xiàn)實（VR）已經(jīng)誕生了幾十年，但VR下肢康復(fù)的應(yīng)用最近才開始。在1999年，Rutger之踝由Girone和他的同事發(fā)明，揭示出現(xiàn)有康復(fù)設(shè)備的缺點。發(fā)展現(xiàn)狀

大多數(shù)成熟的康復(fù)機器人都是以外骨骼的形式以使人們克服身體上特定的約束。盡管許多機器人外骨骼都由軍人使用，這種有前景的外骨骼在21世紀(jì)正被用于物理康復(fù)。如今最流行的康復(fù)機器人是LOPES(下肢動力外骨骼)，它設(shè)計用來幫助病人重獲喪失的運動控制能力。步態(tài)訓(xùn)練器GT-1，Lokomat和Autoambulator是如今發(fā)展起來的其他的在平坦地面進行步態(tài)訓(xùn)練的康復(fù)設(shè)備。GT-I由Hesse等人發(fā)明，應(yīng)用可移動踏板原則，這個踏板由一個行星輪系統(tǒng)控制，在站立姿態(tài)和擺動階段模擬足部動作。Lokomat是一種外骨骼機器人用于幫助患者在跑步機行走過程中移動臀部和膝蓋。AutoAmbulator用機器人的兩個手臂支撐病人體重來幫助其踏上跑步機。這些設(shè)備的局限是只能在地面上訓(xùn)練。因此，設(shè)計GT-I的小組發(fā)明了HapticWalker，它是第一個不必約束在地面訓(xùn)練的步態(tài)康復(fù)設(shè)備。上述的一些設(shè)備只幫助患者完成事先設(shè)定好的運動，屬于被動康復(fù)機器人。主動腿部外骨骼（ALEX）和腿部動力矯型器是主動機器人的例子，他們克服了被動機器人的局限，允許患者有障礙的腿自由動作并約束有傷害的動作在此輸入標(biāo)題輸入文字輸入文字輸入文字輸入文字在此錄入綜合分析在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論ALTRCRO/KNEXO步行康復(fù)機器人技術(shù)分析

該設(shè)備包括一個單邊外骨骼和一個支撐臂。支撐臂的作用在于平衡對象以及保證外骨骼預(yù)定方向和約束其邊界。對于外骨骼來說，踝、膝和髖處都有關(guān)節(jié)，但這一階段只需驅(qū)動膝關(guān)節(jié)。驅(qū)動系統(tǒng)需要為膝關(guān)節(jié)提供足夠的力矩以使得對象可以在跑臺上行走。理想的設(shè)計應(yīng)使得該設(shè)備具有輕質(zhì)，緊湊和可調(diào)節(jié)的特點。

褶皺氣動人造肌肉（PleatedPneumaticArtificialMuscle，PPAM）是一種輕質(zhì)，利用空氣動力產(chǎn)生直線運動的結(jié)構(gòu)。它的主要部分是一個強化褶皺膜，加壓時會進行放射狀擴張和軸向收縮。為了實現(xiàn)這兩種動作，需要在兩側(cè)分別配置轉(zhuǎn)動方向相反的電機。動力傳遞有多種方式，可以采用帶傳動或直接與固定桿件連接。此設(shè)備的傳動機構(gòu)采用四桿機構(gòu)，兼有上述兩種傳動方式的優(yōu)點，不僅緊湊簡潔，而且提供的力矩穩(wěn)定準(zhǔn)確。在此輸入標(biāo)題1解釋所輸入文字輸入文字2解釋所輸入文字輸入文字3解釋所輸入文字輸入文字4解釋所輸入文字輸入文字在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論，錄入結(jié)論活動踏板式步行康復(fù)訓(xùn)練機器人技術(shù)分析腰部支撐上肢機構(gòu)滑塊機構(gòu)踏板機構(gòu)踏板機構(gòu)設(shè)計

足部末端效應(yīng)器的設(shè)計采用并聯(lián)機構(gòu)，與串聯(lián)機構(gòu)相比具有更好的剛性。兩個支線電機P1和P2平行配置，并通過帶有轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的踏板連接到一起，如右圖。一個附加的移動關(guān)節(jié)P3放置在R1和R2關(guān)節(jié)之間。這一機構(gòu)為一種新型的五桿機構(gòu)，配置有兩個固定在地面的驅(qū)動器。這兩個驅(qū)動器在y軸方向使腳趾和腳跟產(chǎn)生空間運動。滑塊機構(gòu)設(shè)計一個一自由度的滑動機構(gòu)用于水平運動。這一滑動機構(gòu)與直流電機驅(qū)動的傳動帶連接以保證雙足以相同速度反向運動。在可編程平臺上的這種對稱運動可以降低使用者軀干的運動，以確保使用者更好的穩(wěn)定性。這種對稱運動只需一個電機即可完成。降低了機構(gòu)的復(fù)雜性。上肢機構(gòu)設(shè)計

當(dāng)人們行走和跑動時會擺動雙臂以保持穩(wěn)定。在此機器人中，雙臂平行配置在肩關(guān)節(jié)處，通過鏈傳動機構(gòu)連接。雙臂相對運動，配合下肢進行對稱運動。上臂末端配置有扶手一邊患者握緊跟隨機器人手臂的運動。上臂的高度可以根據(jù)患者的身高進行調(diào)節(jié)。腰部支撐系統(tǒng)設(shè)計

簡易的腰部支撐系統(tǒng)。這一系統(tǒng)可以根據(jù)患者的身高，腰圍和步長進行調(diào)節(jié)?；颊哐肯涤邪踩珟cBeltHolder相連，BeltHolder有一定的轉(zhuǎn)動范圍。這樣的設(shè)置使得身體并不是完全固定，而是具有一定的活動自由度。這一機構(gòu)保證了訓(xùn)練過程中身體不會前后擺動。在此輸入標(biāo)題輸入數(shù)據(jù)名目♂♀1814人數(shù)拆分在此錄入綜合分析在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論在此錄入上述圖表的綜合分析結(jié)論Big

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