穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术对脑卒中偏瘫患者的影响

目的探讨穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术对脑卒中偏瘫患者步态、平衡能力、下肢运动Fugl-Meyer功能量表(FMA)评分的影响。方法纳入2020年11月—2022年11月我院收治的78例脑卒中偏瘫患者,按照数字列表法随机分为观察组与对照组,每组39例,对照组予以Bobath技术训练,观察组在对照组基础上予以穿戴式外骨骼康复机器人训练,干预8周。比较两组干预前后的步态参数(步频、步速、跨步长比率)、平衡能力[Berg平衡量表(BBS)]、下肢运动功能FMA评分、日常生活活动能力[改良Barthel指数(MBI)]、下肢肌力恢复情况(屈髋肌力、伸膝肌力)。结果干预前,两组各指标差异无统计学意义(P>0.05);干预后,两组步频、步速、跨步长比率、BBS评分、下肢FMA评分、MBI评分、屈髋肌力、伸膝肌力较干预前显著升高(均P<0.05),观察组步频、步速、跨步长比率、BBS评分、下肢FMA评分、MBI评分、屈髋肌力、伸膝肌力高于对照组(均P<0.05)。结论穿戴式外骨骼康复机器人结合Bobath技术可改善脑卒中偏瘫患者步态和平衡能力,促进下肢运动功能恢复,提高日常生活活动能力,增强患者下肢肌力。

基于sEMG的多自由度下肢外骨骼康复机器人结构与控制策略

提出一种多自由度下肢外骨骼康复机器人,能够实现下肢多种康复训练。建立踝关节部分约束方程,采用数值法证明机构存在正确解。利用Delsys设备提取脚部运动的sEMG信号,采用LDA、RNN结合LSTM、CNN 3种信号分类方法,提出降维CNN方法,对输入运动进行识别和分类。最后,针对踝关节部分进行sEMG信号作为输出指令的脚部动作反馈实验,验证了该部分机构和控制方法的可行性和合理可靠性。

外骨骼康复机器人联合虚拟现实跑台训练对脑损伤患者肢体运动功能障碍康复效果的影响

目的 探讨外骨骼康复机器人联合虚拟现实跑台训练对脑损伤患者肢体运动功能障碍康复效果的影响。方法 采用便利抽样法选取2021年3月至2023年3月首都医科大学附属北京康复医院收治的96例脑损伤患者为研究对象。按照随机数字表法分为对照组和观察组,各48例。对照组给予常规康复干预,观察组在对照组基础上给予外骨骼康复机器人联合虚拟现实跑台训练,2组均干预1个月。比较2组干预前后的关节活动度、功能性步态评价表(FGA)评分、行走状态、6 min步行试验(6MWT)距离、Fugl-Meyer运动功能评定量表(FMA)评分、Berg平衡量表(BBS)评分和改良Barthel指数(MBI)评分。结果 干预1个月,2组肩关节外展、髋关节外展、膝关节屈曲活动度均大于干预前,且观察组均大于对照组(均P<0.05);观察组步速、步频均高于对照组,步行周期、摆动相时长、支撑相时长均短于对照组(均P<0.05);2组6MWT距离、FMA评分、BBS评分长于/高于干预前,且观察组长于/高于对照组[(161±13)m比(148±11)m、(72±4)分比(66±5)分、(41±5)分比(35±5)分](t=5.187、6.709、6.281,均P<0.001)。干预2周、1个月,2组MBI评分均高于干预前,且观察组均高于对照组[(69±3)分比(64±4)分、(81±3)分比(76±4)分](t=5.827、7.811,均P<0.001)。结论 在脑损伤患者肢体运动功能障碍康复中,采取外骨骼康复机器人联合虚拟现实跑台训练,能提高患者肢体活动度及独立生活能力,改善运动姿态,促进运动能力及步行能力的恢复。

下肢外骨骼康复机器人动力学分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人动力学模型的准确建立,是实现机器人精确控制的前提条件。文中将下肢外骨骼机器人简化为7杆模型,并将下肢运动周期划分为单腿支撑和双腿支撑两个阶段,采用拉格朗日方法建立外骨骼康复机器人系统的整体动力学模型。通过人体下肢运动的实时动作捕捉及其运动轨迹的数据分析,得到人体正常行走时的关节运动规律,推导出各个关节所需的驱动力矩。利用SolidWorks建立机器人三维简化模型并导入ADAMS软件进行动力学仿真,验证了理论推导的准确性,为机器人电机的选型和控制系统的设计提供了理论依据。

下肢外骨骼康复机器人的动力学建模及神经网络辨识仿真

针对下肢外骨骼康复机器人的灵敏度放大控制需要精确逆动力学模型的问题,通过Solidworks软件建立精确的三维实体模型,联合Matlab/SimMechanics建立下肢外骨骼康复机器人的动力学模型,以角度、角速度和角加速度作为输入信号,输出信号为髋、膝关节力矩,进行逆动力学仿真分析。将仿真后的输入输出数据利用BP神经网络进行训练并获得外骨骼逆动力学动态数学模型。仿真结果表明,该方法可以获得下肢外骨骼康复机器人精确的模型,并为进一步的实现外骨骼的灵敏度放大控制提供保证。

下肢外骨骼康复机器人在膝关节活动受限康复治疗中的应用

背景:下肢外骨骼康复机器人以持续主被动活动联合为理论基础,通过模拟人体运动,刺激机体的自然复原力,发挥组织代偿作用。目的:动态观察并了解下肢外骨骼康复机器人在膝关节活动受限患者功能锻炼中的康复作用。方法:将20例术后早期膝关节活动受限患者随机等分为实验组与对照组,实验组采用下肢外骨骼康复机器人行肢体功能锻炼,对照组采用被动训练装置CPM机行功能锻炼,治疗间隙2组均采用心理疏导、低频脉冲电疗和红外线等物理治疗。结果与结论:治疗2个月后,实验组与对照组患者膝关节后屈、前伸活动度均较治疗前明显改善(P<0.01),同时实验组股四头肌肌力较治疗前明显改善(P<0.01)。2个月后的后续治疗,实验组患者膝关节后屈、前伸活动度有了进一步的改善(P<0.05),对照组上述指标无明显改善。说明早期采用下肢外骨骼康复机器人或CPM机配合心理疏导、低频脉冲电疗和红外线等治疗均能明显提高膝关节活动受限患者膝关节活动度,同时下肢外骨骼康复机器人具有恢复患者股四头肌肌力的作用。

外骨骼康复机器人改善脑卒中偏瘫患者下肢功能的临床研究

目的:观察应用下肢外骨骼康复机器人康复训练对脑卒中偏瘫患者下肢功能的改善情况。方法:脑卒中偏瘫下肢运动功能障碍患者60例,分为机器人组和对照组各30例。对照组给予脑卒中常规康复治疗,机器人组在常规康复治疗的基础上,应用下肢外骨骼康复机器人进行康复训练。于训练前后通过Fugl-Meyer运动及平衡功能评分、Holden步行功能分级对患者的下肢康复情况进行评价。结果:训练60d后,2组Fugl-Meyer运动功能评分、Fugl-Meyer平衡功能评分、Holden步行功能分级均较治疗前明显提高(P<0.05),且机器人组提高幅度较对照组更显著(P<0.05)。结论:应用下肢外骨骼康复机器人可改善脑卒中偏瘫患者的下肢功能,值得在临床上推广应用。

下肢外骨骼康复机器人的自适应控制研究

针对下肢外骨骼康复机器人的动力特性,为实现康复训练过程中控制的实时性和高精度,消除系统中存在的未建模动态、外部扰动和非线性不确定性的影响,本文提出采用两个相互独立控制器共同作用控制方法,即基于标称模型的计算力矩控制器和变结构鲁棒自适应补偿控制器。补偿控制器基于Lyapunov函数法,通过引入一个动态信号和非线性阻尼项来抑制未建模动态、外部有界扰动和非线性不确定项的影响。设计的自适应律通过在线刷新系统的不确定参数,增强了控制系统的鲁棒性并保证系统达到全局渐近稳定。通过Lyapunov稳定性定理和仿真结果证明了该控制策略的可行性和有效性。

下肢外骨骼康复机器人对偏瘫患者步态参数的影响

目的:探索下肢外骨骼康复机器人对偏瘫患者步态时空参数的影响。方法:选取偏瘫患者30例,机器人组:15例患者除日常训练外还需每日穿戴外骨骼机器人训练1h,对照组:15例患者进行日常康复训练。从两种角度对患者步态及康复效果进行分析:一是利用SPSS软件对机器人组患者的助力等级数据进行分析,通过配对样本t检验的方法比较患者首末次的康复状态。二是采用IDEEA?运动捕捉系统对包括步速、步频、步行周期等步态时空参数进行采集,分析患者首末次评估的数据差异。结果:与不穿下肢外骨骼机器人行走相比,机器人组患侧助力等级明显降低,步速明显变快,支撑相时间明显减短,具有显著性差异(P<0.05)。结论:下肢外骨骼康复机器人能够有效改善偏瘫患者步态。

下肢外骨骼康复机器人的灵敏度放大控制研究

针对课题组研发的下肢外骨骼康复机器人中的患者主动训练模式,提出了灵敏度放大的控制方法,建立弹簧阻尼模型更好的模拟出人机交互时的交互力,并通过Matlab/Sim Mechanics和BP神经网络建立逆动力学模型,用Sim Mechanics和Simulink模块进行了计算机仿真实验,仿真结果表明采用灵敏度放大控制方法能减小患者训练时体能的消耗,实现了患者以较小的力矩带动外骨骼实现共同运动,同时可以采集到患者腿部的数据进行康复评价.

一种轮椅平台的上肢外骨骼康复机器人的研究

目的:针对现有上肢康复机器人由于体积庞大、移动不便导致上肢功能障碍患者难以在最佳时期介入康复治疗的问题,本研究设计一种以轮椅为平台的轻便式上肢外骨骼康复机器人。方法:根据人体运动学和动力学特性确定合适的机械结构参数并完成整体机械设计;以嵌入式为平台开发上肢康复机器人控制系统,利用自适应PID控制算法解决上肢康复机器人机交互问题;通过上位机软件绘制运动轨迹和关节角度、速度和力矩的变化曲线,验证设计指标达标情况。结果:该上肢外骨骼康复机器人肩关节屈伸、收展以及肘关节伸屈运动范围在人体对应关节运动范围的60.67%—81.10%,肩关节屈伸电机输出力矩0—18Nm,肘关节屈伸电机输出扭矩在0—14Nm。结论:该上肢外骨骼康复机器人设计合理,人体穿戴方便舒适、各关节运动范围、输出力矩符合人体运动特性,且操作简单,移动方便,可帮助上肢功能障碍患者进行被动、主动和助力康复训练。

下肢外骨骼康复机器人刚柔耦合分析与仿真

下肢外骨骼康复机器人的组成连杆在辅助人类运动的时候会因为自身柔性发生弹性变形,会影响到整个行走轨迹的位置精度和控制的实时性与准确性。针对所设计的下肢外骨骼康复机器人,首先通过步态仿真验证模型的正确性,然后建立其刚柔耦合动力学模型。在刚柔耦合动力学模型的基础上,通过ADAMS和ANSYS完成摆动期阶段内的刚柔耦合动力学联合仿真,得到其动态变形误差数据。结果表明:在Y方向、Z方向位移误差和整体位移误差分别在-38~3.6 mm、-7.5~3 mm、-6~14.5 mm内波动,与其他两方面相比,Y方向上的位移误差最大,在误差允许的范围内。验证了下肢外骨骼康复机器人刚柔耦合模型的正确性与合理性,为后续的结构优化和控制系统的设计提供了参考依据。

下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人中的临床应用研究

下肢外骨骼康复机器人辅助脑卒中病人康复正在临床应用中日益得到重视。本文通过对下肢外骨骼康复机器人在脑卒中病人中的临床应用研究文献进行归纳总结,以期为研究者和临床工作者探索下肢外骨骼康复机器人对脑卒中患者的康复提高临床疗效和研发提供思路。

下肢外骨骼康复机器人及其关键技术研究

介绍了国内外悬挂式和穿戴式下肢外骨骼康复机器人的研究现状,分析了下肢外骨骼康复机器人的机构自由度、驱动方式、驱动关节、训练模式、人机交互技术/感知技术等五大关键技术,指出了下肢外骨骼康复机器人存在关节活动度少、人机交互程度低、反应迟缓等问题,展望了下肢外骨骼康复机器人将以精简机械结构、提高续航能力、提升人机交互程度为发展重点。

下肢外骨骼康复机器人关节运动轨迹分析与步态测试研究

本研究针对一款下肢外骨骼康复机器人(lower limb exoskeleton rehabilitation robot,LLERR)进行了关节运动轨迹分析与步态测试研究。分别通过D-H法和拉格朗日法对外骨骼机器人单侧下肢进行运动学和动力学建模分析,得出各运动关节间运动学与动力学关系。通过虚拟样机仿真验证提出的外骨骼机器人模型理论分析的正确性,分析了误差来源。通过使用人体模型进行样机穿戴测试,对预设步态过程中外骨骼机器人的位置和速度进行跟踪,验证了行走过程中步态相位的稳定性。招募受试者在光学运动捕捉环境下进行样机穿戴步态测试,结果表明外骨骼机器人带动人体下肢进行规划步态行走达到预期效果。测试结果从主、客观角度验证了下肢外骨骼康复机器人的稳定性和有效性。

外骨骼康复机器人使用安全风险因素研究综述

外骨骼康复机器人常被用于康复治疗,以改善患者的步行功能,但这类设备可能存在的风险类型和程度无法准确评估,且缺乏相关行业标准。因此,收集在使用Lokomat等外骨骼康复机器人期间发生的不良反应信息,并确定相关的使用安全风险因素具有重要意义。本文旨在归纳近年来Lokomat等外骨骼康复机器人在使用中的各类不良事件和潜在的安全风险因素,并对外骨骼康复机器人的使用标准和质量控制内容进行展望,为评估外骨骼康复机器人的风险类型和程度提供一定的参考依据。

下肢外骨骼康复机器人对偏瘫患者步态时空参数不对称性的影响

目的探索下肢外骨骼康复机器人对偏瘫患者步态时空参数不对称性的影响。方法选取10例偏瘫患者,让其穿戴外骨骼机器人在平地上连续行走10m,不穿带外骨骼机器人在平地上连续行走10m。采用光学运动捕捉系统分析跨步长、支撑相时间及摆动相时间等步态时空参数,各时空参数的不对称性评估采用不对称比表示,即同一个研究对象步行过程中分别双侧下肢各步态时空参数的比值。结果与不穿下肢外骨骼机器人行走时相比,穿戴外骨骼机器人后患侧跨步长明显增加,支撑相占比明显缩短,摆动相占比明显增加,各个时空参数的左右腿不对称性明显减小(均P<0.05)。结论下肢外骨骼康复机器人能够显著改善偏瘫患者步态时空参数的不对称性。

下肢外骨骼康复机器人应用于脑卒中偏瘫下肢运动功能障碍患者的效果

目的:探讨下肢外骨骼康复机器人应用于脑卒中偏瘫下肢运动功能障碍患者的效果。方法:按照随机数表法将东莞市康复医院2020年1月—2022年2月收治的61例脑卒中偏瘫下肢运动功能障碍患者分为观察组和对照组,对照组30例予以常规康复训练,观察组31例在对照组基础上予以下肢外骨骼康复机器人训练,观察两组下肢运动功能、平衡功能、步态情况及步行能力。结果:干预2个月后,观察组Fugl-Meyer运动功能量表(FMA)各维度评分及总分高于对照组(P<0.05);观察组步频、步速快于对照组,步行周期、支撑相时长、摆动相时长少于对照组(P<0.05),观察组平衡功能优于对照组(P<0.05);观察组步行能力优于对照组(P<0.05)。结论:下肢外骨骼康复机器人应用于脑卒中偏瘫下肢运动功能障碍患者有助于加强平衡功能,改善步态,提高步行能力,促进下肢功能恢复。

下肢外骨骼康复机器人的设计及仿真分析

针对当前下肢运动障碍患者众多而康复师和智能化康复设备短缺的状况,设计了一种下肢外骨骼康复机器人。该机器人主要由外骨骼机械腿和模块化关节组成,模块化关节有利于缩短产品的研发周期和外骨骼关节的维修与替换。利用D-H参数法建立下肢外骨骼机器人运动学与动力学模型,并结合Creo三维软件动态仿真模块进行仿真,得出了各关节的力矩,为下肢外骨骼机器人关节驱动电机的选型以及控制系统的设计提供了理论基础。

下肢外骨骼康复机器人安全标准的研究

该研究对下肢外骨骼康复机器人相关的国内外行业标准进行了梳理,明确了下肢外骨骼康复机器人的适用标准,并以检测的1台下肢外骨骼康复机器人样机为例,分别从电气安全和电磁兼容(EMC)安全两方面分析该设备安全风险点,以期为相关从业人员提供参考。