Master-Slave机器手协调控制选择行列式算法

提出了一种基于选择行列式的Master-Slave机器手的协调控制算法。通过选择行列式的导入,实现了对Master机器手和Slave机器手各个变量的协调控制。本方法应用于装有视觉传感器的机器手的追踪控制,经过实验证明了基于选择行列式的算法能够实现人类的某些技能赋予机器手,在支援机器手的同时还能够通过有效地协调遥控,完成机器手的自主控制。

机器人灵巧手研究综述

机器人灵巧手可以模仿人类动作,完成复杂场景下的多种任务。机器人灵巧手的研究是开发智能人形机器人的关键技术之一。以机器人灵巧手的研究历程为核心,阐述了多指灵巧手的研究现状,分析了灵巧手的演化过程和研究进展。从自由度数目、驱动方式、机械传动方式和传感技术等方面探讨了灵巧手分类和特征,展望了灵巧手未来的发展趋势。

低频重复经颅磁刺激联合康复机器人治疗脑卒中手功能障碍的临床研究

目的:观察低频重复经颅磁刺激联合康复机器人对脑卒中患者手功能障碍的治疗效果。方法:选取在我院康复科治疗的脑卒中手功能障碍患者36例,随机分为试验组(n=18)和对照组(n=18)。两组患者均接受常规治疗。对照组采用健侧1Hz重复经颅磁刺激治疗,试验组在对照组的基础上增加手功能康复机器人治疗,共持续治疗4周。于治疗前、治疗2周、治疗4周后采用皮质运动诱发电位(motor evoked potential,MEP)、中枢运动传导时间(central motor conduction time,CMCT)、患侧上肢Fugl-Meyer评分(Fugl-Meyer assessment,FMA)、运动强度指数(motricity index,MI)评分进行评定。结果:治疗4周后两组患者MEP、CMCT、FMA、MI较治疗前均有明显改善,差异均有显著性意义(P<0.001)。治疗4周后试验组MEP、CMCT、FMA、MI较对照组明显改善,差异均有显著性意义(P<0.05)。结论:健侧低频重复经颅磁刺激联合康复机器人可以明显改善脑卒中患者的手功能障碍。

机器人导航辅助下联合3D-C型臂微创手术治疗手舟骨骨折的临床疗效分析

目的研究机器人导航辅助下联合3D-C型臂微创手术治疗手舟骨骨折的安全性和有效性。方法回顾性分析保定市第一中心医院2020年5月至2023年7月收治的11例手舟骨骨折病人,其中男9例,女2例,平均年龄为33.8岁(20~65岁),对病人行机器人导航辅助下联合3D-C型臂双头螺纹空心加压螺钉内固定手术治疗。术后记录病人并发症的发生情况,比较术前、术后第1天、术后第3天炎性指标的变化,采用疼痛视觉模拟量表(visual analogue scale,VAS)评分、Mayo腕关节评分及腕关节活动度评价功能恢复情况。结果机器人导航手术均顺利完成,平均手术时间64.1 min(50~100 min),微创手术出血均少量,平均随访时间5.5个月(3~14个月),所有病人术后均无并发症发生。病人术后X线片及CT扫描显示手舟骨内固定螺钉位置良好,骨折位置良好。病人术后第1天、术后第3天的炎性指标与术前比较,差异均无统计学意义(P>0.05),各时间点两两比较,差异无统计学意义(P>0.05)。病人术后1个月、末次随访时的VAS评分和Mayo腕关节评分与术前比较,差异均有统计学意义(P<0.05),且末次随访时与术后1个月比较,差异有统计学意义(P<0.05)。末次复查X线片及CT扫描见骨折均愈合良好,病人伤侧腕关节平均主动活动度为:屈曲71.2°、背伸67.5°、尺偏42.6°、桡偏21.8°,功能活动良好。结论机器人导航辅助下联合3D-C型臂微创手术治疗手舟骨骨折安全有效,该手术精度高,创伤小,术后反应小,恢复快。

太极云手联合机器人辅助训练对脑卒中患者手功能的影响

目的:探讨太极云手结合机器人辅助训练对脑卒中患者手功能的康复效果。方法:将60例脑卒中患者随机分为治疗组(n=30)和对照组(n=30),两组均接受常规康复治疗,治疗组接受太极云手训练结合结合机器人辅助训练,对照组接受机器人辅助训练。两组的训练频率为60min/天,5天/周,持续治疗8周。于治疗前、治疗4周后、治疗8周后采用Fugl-Meyer运动功能量表(Fugl-Meyer motor assessment,FMA)腕手部分、Wolf运动功能量表(Wolf motor function test,WMFT)、箱块测试(Box and Block test,BBT)、握力和捏力来评估受试者的手功能。结果:两组患者治疗后与治疗前比较,差异具有统计学意义(P<0.001)。治疗4周后组间比较差异不具有统计学意义(P>0.05);治疗8周后组间比较,WMFT差异具有统计学意义(P<0.05),FMA腕手部分、BBT、握力和捏力不具有统计学差异(P>0.05)。结论:太极云手结合机器人辅助训练能够改善脑卒中患者的手功能。

脑机接口结合外骨骼机器手对脑梗死患者手功能障碍的闭环康复效果

目的 观察基于闭环干预理论的脑机接口结合外骨骼机器手训练对脑梗死患者手功能恢复的疗效,并分析患者认知功能和内在运动想象能力对脑机接口识别率的影响。方法 选取50例脑梗死患者,随机分配至观察组和对照组,每组各25例。两组患者均接受常规康复项目,观察组在此基础上额外接受脑机接口闭环康复训练。治疗前后比较两组患者的Fugl-Meyer运动功能量表上肢部分(FMA-UE)、手臂动作调查测试(ARAT)、WOLF运动功能评定(WMFT)和腕指屈肌肌张力的改良Ashworth评分(MAS)。干预前使用心理旋转测试和蒙特利尔认知评估量表(MoCA)判断观察组患者基线内在运动想象能力和认知能力,分析影响脑机接口闭环康复疗效的相关因素。结果 两组患者治疗前各评分差异均无统计学意义(P> 0.05),干预后观察组FMA-UE、ARAT及WMFT的评分均较对照组提高,腕指屈肌MAS评分较对照组有所下降,差异有统计学意义(均P <0.05)。此外,脑机接口识别通过率与心理旋转试验正确率、MoCA认知功能评分呈正相关(P <0.05),与心理旋转试验反应时间呈负相关(P <0.05)。结论 基于闭环干预理论的脑机接口结合外骨骼机器手可以促进脑梗死患者上肢和手运动功能的恢复。同时,进行脑机接口干预前应对患者的内在运动想象能力以及认知功能进行筛查,以筛选适合接受训练的患者。

手功能康复机器人联合改良分级运动想象干预对偏瘫患者手功能的影响

目的分析手功能康复机器人联合改良分级运动想象干预对偏瘫患者手功能的影响。方法选择2021年5月至2022年2月医院收治的88例偏瘫患者,根据康复干预方案的不同分为对照组和观察组,每组44例。对照组采用改良分级运动想象干预,观察组在对照组基础上采用手功能康复机器人干预,均干预4周。比较两组神经功能评分、手部灵活性测试(BBT)、肱二头肌协同收缩率及肱三头肌协同收缩率、生活质量评分。结果干预后,观察组神经功能评分低于对照组(P<0.05);观察组BBT个数多于对照组(P<0.05);观察组肱二头肌协同收缩率、肱三头肌协同收缩率低于对照组(P<0.05);观察组生活质量评分高于对照组(P<0.05)。结论手功能康复机器人联合改良分级运动想象干预可恢复偏瘫患者神经功能和手灵活性,增强上肢肌肉功能,提高生活质量。

软式康复机器人手套对脑卒中患者上肢及手功能影响Meta分析

目的 通过Meta分析探讨软式康复机器人手套(SRG)对脑卒中后患者上肢-手运动功能的影响。方法 计算机检索PubMed、Web of Science、The Cochrane Library、Embase、中国知网(CNKI)、万方数据库(Wanfang Data)、中国生物医学文献服务系统(CBMdisc)、维普中文科技期刊数据库(VIP)等数据库有关SRG干预脑卒中后上肢-手运动功能障碍患者的临床随机对照试验(RCTs),检索时限为建库至2023年8月。主要结局指标包括Fugl-Meyer评定量表上肢部分(FMA-UE)评分、改良Barthel指数(MBI)评分、Wolf运动功能(WMFT)评分、握力、箱盒测试(BBT)评分、上肢动作研究量表(ARAT)评分。数据提取和文献质量评价由2名研究员独立进行,采用RevMan 5.4软件进行Meta分析。连续性变量采用均数差(MD)或标准化均数差(SMD)表示,计算其95%置信区间(CI)。根据I 2值判断异质性大小,若P≥0.10,I 2≤50%,各研究间不存在异质性或异质性较小,采用固定效应模型;若P<0.1,I 2>50%,各研究间异质性较大,采用随机效应模型。结果 本研究共纳入13篇文献,共计653例患者。Meta分析结果显示,与对照组比较,试验组FMAUE评分明显更高[MD=8.05,95%CI(7.01,9.09),Z=15.20,P<0.000 01],MBI评分明显更高[MD=9.91,95%CI(2.65,17.17),Z=2.68,P=0.007],WMFT评分明显更高[MD=8.39,95%CI(6.99,9.78),Z=11.81,P<0.000 01],握力明显更高[SMD=0.39,95%CI(0.11,0.67),Z=2.75,P=0.006],ARAT评分明显更高[MD=11.18,95%CI(9.10,13.26),Z=10.53,P<0.000 01],BBT评分差异无统计学意义[(MD=0.53,95%CI(-1.47,2.53),Z=0.52,P=0.60)]。结论 SRG可以提高脑卒中患者上肢-手运动功能和日常生活活动能力,但今后仍需纳入更多大样本、高质量的RCTs以进一步验证其疗效。

康复机器人对卒中后手部运动功能效果的网状meta分析

脑卒中是神经系统最常见的疾病之一,是全球致残最主要的因素[1]。卒中后80%的患者会出现不同程度的肢体障碍,随着康复治疗的介入,仅有12%的患者手功能可以得到较好的改善[2]。卒中后手功能的不良预后严重限制了患者日常生活的正常参与,如何使其最大限度地恢复已成为临床中亟待解决的问题。常规康复治疗是改善卒中后手功能障碍的主要手段,但这种训练过程模式单一,患者易疲劳[3]。

康复机器人手套联合镜像疗法对脑卒中后手功能康复的影响

目的:评估康复机器人手套联合镜像疗法对脑卒中后手功能康复的影响。方法:收集2022年6月—2023年6月遵义医科大学附属医院康复医学科住院的脑卒中后手功能障碍患者60例,随机分为常规组(n=20)、镜像组(n=20)、联合组(n=20)。三组均采用常规康复治疗,镜像组增加镜像疗法,联合组增加康复机器人手套联合镜像疗法,共4周。治疗前后采用Fugl-Meyer评估量表手部分(FMA-H)评分、患手最大握力和捏力、改良Barthel指数(MBI)进行评价。结果:治疗4周后,三组患者FMA-H评分、患手最大握力和捏力、MBI评分均较治疗前有明显改善(P<0.05),且联合组优于常规组和镜像组(P<0.05),镜像组优于常规组(P<0.05)。结论:康复机器人手套与镜像疗法结合,可显著改善卒中后偏瘫患者的手功能障碍,提高患者日常生活活动能力。

拆装机器人灵巧手控制系统研究

为了提高拆装机器人在控制工件时的控制能力与灵活性,综合设计制作了一种能够在狭窄空间内精准控制工件进行给进、退出及翻转动作的灵巧手。根据工件参数确定了灵巧手尺寸,采用SolidWorks软件构建了灵巧手的整体模型,设计了灵巧手的指部结构。针对机器人的运动需求,设计了一套控制系统,并制作样机进行机器人控件实验。实验结果表明,所设计的机器人结构可以稳定执行给进、退出及反转等控制动作,且灵巧手系统表现出高度的安全性和可靠性。实验结果与仿真控制效果一致,验证了拆装机器人灵巧手设计方案的可行性与有效性。

数智机器批判中的“马克思之手”

区别于工业时代蒸汽机般的热动力学机器的数智机器,已成为社会世界中一个重要组成部分。它改造了常人与自然世界的关系,在构造的社会世界中结成常人与数智机器的关系:常人建造数智机器,数智机器越来越像常人,并逆向影响常人,在这个社会世界中,数智机器令常人变成非常人,甚至变成常人与非常人的关系。借用“马克思之手”作为理论分析工具,可以对马克思的机器批判理论作出回顾,以作为“马克思之手”的劳动为现实底座,分析常人和机器的关系,以及常人变为非常人的原因,从而进一步增进我们理解数智机器批判的现实前提。非常人般的数智机器向常人般的数智机器发展的潜在要求,已经成为学术研究的新动向,常人般的计算实践则进一步说明了“马克思之手”对数智机器批判的现实意义。

基于折纸的被动触发双稳态机器人手设计

传统机器人手通常需要驱动器连续地提供保持抓握状态的扭矩或力。若驱动器失效,则机器人手无法稳定地抓取物体。针对上述问题,提出了一种基于折纸的被动触发双稳态机器人手。该机器人手由具有单自由度的抓握机构和具有双稳态特性的驱动机构组成。基于抓握机构和驱动机构的运动学模型,结合抓握状态的要求对机器人手的结构进行了设计,可通过设置扭转弹簧的刚度参数来实现对能量壁垒的灵活调整。最后,通过开展跌落捕获实验来验证所设计机器人手的抓握性能。结果表明,当跌落高度为400 mm时,机器人手的抓握运动未被触发;当跌落高度为440 mm时,机器人手成功抓握物体;当跌落高度为480 mm时,机器人手虽被触发了抓握运动但未能抓住物体。实验结果不仅验证了机器人手在无驱动条件下稳定抓取特定大小物体的能力,还揭示了不同外部冲击下能量壁垒的存在。基于折纸的被动触发双稳态机器人手在被动式和自适应机器人中具有潜在应用前景。

手部外骨骼机器人联合Bobath训练在脑卒中偏瘫患者手功能康复治疗中的应用效果观察

目的:观察手部外骨骼机器人联合Bobath训练在脑卒中偏瘫(HAS)患者手功能康复治疗中的应用效果。方法:选取有手功能障碍的HAS患者120例,随机分为Bobath组、机器人组、联合组3组,每组40例。3组患者均实施常规康复治疗,在此基础上,Bobath组增加Bobath训练,机器人组增加手部外骨骼机器人训练,联合组增加Bobath训练联合手部外骨骼机器人训练,均干预4周。比较3组手功能、上肢运动功能、日常生活能力及相应脑皮质区的激活情况。结果:干预2周后,3组Carroll手功能评定量表(UEFT)、Fugl-Meyer评定量表上肢部分(FMA-UL)及Bathel指数(BI)评分均较治疗前增加(均P<0.01),联合组的上述3项评分均高于Bobath组、机器人组(均P<0.05),机器人组的3项评分均高于Bobath组(均P<0.05);干预4周后,3组的3项评分高于干预2周后(均P<0.01),联合组的3项评分均高于Bobath组、机器人组(均P<0.05),机器人组的3项评分均高于Bobath组(均P<0.05),3组中央前回、辅助运动区、顶叶、枕叶和基底节激活率均高于干预前(均P<0.05),其中联合组除枕叶和基底节以外的其它脑区激活率均高于Bobath组、机器人组(均P<0.01)。结论:对HAS患者开展手部外骨骼机器人联合Bobath训练,可有效激活功能脑区,改善手功能,增强患者的日常活动能力。

荔枝采摘机器手设计及制造工艺研究

【目的】解决传统荔枝采摘过程中劳动力短缺、效率低下和果实损伤等问题。【方法】基于荔枝的生物学特性与栽培方式,对荔枝采摘机械手进行机构设计,并建立运动学模型,采用机器视觉、机械臂控制、传感器技术等,设计制造了一款能自主识别、定位、采摘荔枝的智能机器手。该机器手包括采摘装置、动力装置、采摘杆装置、支撑架装置、接果装置。机械结构设计注重高精度、稳定的传动系统和轻量化材料,确保稳定耐用。设计适应不同荔枝树形的采摘夹具,实现快速更换调整。控制系统则采用先进的机器视觉技术和人工智能算法,以实现对荔枝果实的精准识别定位。【结果】荔枝采摘机器手能够根据果园的实际情况自主规划出最优的采摘路径,精准识别定位荔枝果实,操作灵活性强,可实现快速更换调整。通过实时监测和调整机器手运动轨迹和力度,可有效避免果实损伤和树枝折断,提高了采摘效率,突破了劳动力短缺的瓶颈。

重复经颅磁刺激联合康复机器人治疗对脑卒中患者手功能障碍及生活质量的影响

目的探究分析在脑卒中患者中联合应用重复经颅磁刺激、康复机器人治疗对其手功能障碍和生活质量的效果影响。方法以随机数字表法,将医院2023年5月至2024年6月诊治的脑卒中患者72例分成两组,各有36例,对照组和观察组分别应用重复经颅磁刺激治疗、重复经颅磁刺激联合康复机器人治疗。对比两组治疗前及治疗2周、4周后的皮质运动诱发电位(cMEP)、患肢上肢功能[Fugl-Meyer评定量表(FMA)上肢部分]、患肢运动强度指数(MI)和生活质量[日常生活活动量表(ADL)]改善程度。结果治疗2周、4周后,在cMEP潜伏期方面,观察组比对照组更短;在cMEP波幅方面,观察组比对照组更大(P<0.05)。在患侧上肢FMA评分和MI评分方面,观察组均比对照组更高(P<0.05)。在ADL评分方面,观察组均高于对照组(P<0.05)。结论在脑卒中患者中联合应用重复经颅磁刺激、康复机器人治疗,可促进手障碍功能恢复,恢复运动强度,提高生活质量。

深层电动肌肉振动仪联合手指康复训练机器人在脑卒中合并手运动功能障碍患者康复治疗中的应用效果

目的探讨深层电动肌肉振动仪联合手指康复训练机器人在脑卒中合并手运动功能障碍患者康复治疗中的效果。方法回顾性选取2022年2月至2023年2月于首都医科大学附属北京康复医院就诊的脑卒中合并手功能障碍患者106例作为研究对象,按照康复训练方式的不同将患者分为对照组(采用手指康复训练机器人进行干预)50例和观察组(采用深层电动肌肉振动仪联合手指康复训练机器人进行干预)56例。干预8周后对比两组临床疗效、手运动功能、手指总活动情况、脑电图[脑电波δ/α值(DAR)、脑对称指数(BSI)]和血清学指标[神经肽(NPY)和基质金属蛋白酶-9(MMP-9)]、神经功能缺损情况[美国国立卫生研究院的卒中量表(NIHSS)评分]和日常生活活动能力[日常生活能力评定量表(ADL)评分]。结果观察组临床总疗效率明显高于对照组(80.36%vs.60.00%),差异有统计学意义(P<0.05)。干预8周后,观察组最大握力[(43.17±5.96)N]和最大捏力[(12.03±3.43)N]、手屈曲伸肌肌电值[(25.11±3.66)μV]、手屈曲屈指浅肌肌电值[(14.56±3.27)μV]及手背伸屈指浅肌肌电值[(9.02±1.77)μV]和手背伸伸指肌肌电值[(20.13±3.25)μV]高于对照组[(38.99±5.56)N、(9.87±3.55)N、(21.99±3.83)μV、(12.69±2.32)μV、(7.89±1.55)μV、(17.85±3.21)μV],差异均有统计学意义(P<0.05)。观察组手指活动优良率为85.71%,明显高于对照组的66.00%,差异有统计学意义(P<0.05)。干预8周后,观察组的DAR(2.73±0.75)、BSI(0.25±0.08)及血清NPY[(110.63±5.33)μg/L]和MMP-9[(80.23±4.55)μg/L]水平低于对照组[3.11±0.88、0.33±0.05、(120.55±6.61)μg/L、(83.53±5.39)μg/L],差异均有统计学意义(P<0.05)。干预8周后,观察组NIHSS评分[(8.89±2.28)分]低于对照组[(10.02±2.33)分],ADL评分[(44.25±3.41)分]高于对照组[(40.88±4.66)分],差异均有统计学意义(P<0.05)。结论深层电动肌肉振动仪联合手指康复训练机器人对脑卒中合并手运动功能障碍患效果明显,能够提高手运动功能,改善神经因子水平,有助于促进神经功能缺损恢复和提高日常生活能力。

基于绳轮传动的多模式欠驱动机器人手设计

为了解决传统的机器人手结构简单,在一些复杂的抓取作业中无法满足实际生产需要、难以兼顾精确性和自适应性、运动模式和夹持功能单一的缺陷,以及灵巧机器人手结构复杂、控制困难等问题,提出了一种基于多回路绳轮传动式的多模式欠驱动机器人手的设计方案。该欠驱动式机器人手设计方案从驱动和传动方式的选择、手指设计、运动状态等多个方面提出,利用Solid⁃Works和CAD对机器人手结构进行建模,并对其不同指节接触到待夹取物体的不同运动状态进行分析。由分析可知,其独特的欠驱动设计,在保留原有的稳定夹持功能的同时提高了对不同物体夹持的适应性,在实现了自适应夹取和平行夹取两种工作模式的同时简化了驱动和控制设计过程,使得对目标物体的夹持更具针对性,夹持过程更加稳定,左右两指均可实现自适应夹持工作,可以有效解决传统机器人手存在的缺陷。

手部外骨骼机器人联合手运动想象对脑卒中偏瘫患者脑电信号及认知功能的影响

目的:探讨手部外骨骼机器人联合手运动想象对脑卒中偏瘫患者脑电信号及认知功能的影响。方法:选取2022年10月—2023年10月于上海市静安区市北医院老年康复科就诊的脑卒中后偏瘫手功能障碍患者120例,按照不同干预方法将其分为A、B、C三组,各40例。A组予以手运动想象联合常规康复治疗,B组予以手部外骨骼机器人联合常规康复治疗,C组予以手部外骨骼机器人联合手运动想象及常规康复治疗。比较三组患者Fugl-Meyer上肢运动功能量表(FMA-UL)评分、上肢动作研究量表(ARAT)评分、Carroll上肢功能试验(UEFT)评分、Batherl指数(BI)评分、蒙特利尔认知评估量表(MoCA)评分、简易精神状态检查量表(MMSE)评分、上肢肌电积分(i EMG)值、大脑各导联α波绝对功率值及总有效率。结果:治疗后4周,三组患者FMA-UL、ARAT、UEFT、BI评分及前臂伸肌肌群、上肢三角肌、肱三头肌iEMG值比较均显著升高,且C组显著高于A组、B组,差异有统计学意义(P<0.05)。三组患者MoCA、MMSE评分及大脑各导联α波绝对功率值比较均显著升高,且C组均显著高于A组、B组,A组均显著高于B组,差异有统计学意义(P<0.05)。C组总有效率(97.50%)显著高于A组总有效率(82.50%)与B组总有效率(80.00%),差异有统计学意义(P<0.05)。结论:手部外骨骼机器人联合手运动想象可明显改善脑卒中偏瘫患者认知功能与大脑功能状态,提高其日常生活能力及前臂伸肌肌群、上肢三角肌、肱三头肌iEMG值,更好地改善其上肢运动功能障碍。

火针联合机器人手套镜像疗法对脑卒中后手及上肢功能障碍影响

目的:观察火针联合机器人手套镜像疗法对脑卒中后手及上肢功能障碍的影响。方法:选取某院康复科收治的113例脑卒中患者,按随机数字表法分成观察组和对照组,其中脱落3例,实际纳入110例,均分为两组,每组55例。两组患者均接受常规康复治疗,观察组在此基础上采用火针联合机器人手套镜像疗法,对照组采用机器人手套镜像疗法。治疗4周后,观察治疗前后等速肌力指标包括峰力矩(PT)、平均功率(AP)、最大总用功(TW);上肢表面肌电图均方根值(RMS)、肱二头肌协同收缩率(CR)、肱三头肌协同收缩率;简化手功能Fugl-Meyer评分量表(FMA);改良Barthel指数量表(MBI)的变化情况。结果:治疗前,两组患者PT、AP、TW、RMS、CR、FMA、MBI值比较差异均无统计学意义。治疗4周后,两组患者PT、AP、TW、FMA、MBI值较前升高(均P<0.05),RMS值较前均降低(均P<0.05);观察组PT、AP、TW、FMA、MBI值均高于对照组(均P<0.05),RMS值低于对照组(P<0.05);两组患者治疗前后及治疗后的CR值均无明显变化(均P>0.05)。结论:火针配合机器人手套镜像疗法能明显改善患者的手部及上肢运动功能,提高患者日常生活能力。