穿戴式步行辅助机器人控制方法研究进展

随着中国人口老龄化进程的飞速演变,老年人群体利用机器人技术进行日常步行活动的需求日益增大。穿戴式步行辅助机器人根据用户体能进行主/从运动辅助(据需辅助)的功能特性与人们的生理需求相匹配,对改善机械系统的柔性、亲和力及友好感具有促进作用。针对步行运动的据需辅助问题,以实现主/从柔性辅助为目标,提出并构建一种髋关节中枢模式发生器(CPG)控制和膝关节分级阻抗控制相结合的新型Hybrid控制方法,研究主/从辅助模式决策及柔性转换机制、膝关节分级阻抗控制切换及其稳定性、以及Hybrid控制理论的据需辅助效应,为穿戴式步行辅助机器人技术的研究与发展提供新的思路。

多功能步行辅助器研制与应用

以往腹盆部手术病人,术后由于伤口疼痛身体虚弱等原因,不敢早期下床活动,因此易出现肺部感染或骶尾部褥疮并发症,如果下床活动,还需人搀扶,尤其年老体弱身体肥胖病人尤需多人搀扶。方能被动性的运动。

基于凸轮弹簧机构的步行辅助器设计

目的:设计一种基于凸轮弹簧机构的步行辅助器,通过储存下肢支撑相运动耗散的机械能,并将存储的弹性能量重新施加于后续摆动相运动,实现髋关节运动助力。方法:步行辅助器由腰部穿戴组件、髋关节弹性储能机构、碳纤维杆和下肢穿戴组件等组成。其中,髋关节储能机构采用滚子从动件对心盘式凸轮作为主结构,使用压缩弹簧作为储能驱动单元,通过弹簧预压调节旋钮实现弹簧预紧力设置,以适应不同弹性储能需求。结果:该步行辅助器可通过设置凸轮初始安装角度和调节弹簧预压量获得所需辅助力矩曲线,实现对人体步行机械能的分时调控,辅助髋关节运动,降低步行代谢消耗。结论:该步行辅助器可为跟腱受损、偏瘫及屈肌退化人群提供个性化的步行辅助策略,帮助其学习自然步态并增强步行耐力。

一种辅助踝髋关节的柔性可穿戴步行辅助机器人的设计与分析

针对传统的外骨骼机器人存在的柔顺性差、穿戴舒适性差等问题,设计了一种可以为踝髋关节提供辅助的可穿戴机器人.该机器人由踝关节驱动系统、髋关节驱动系统、传递系统和绑带系统组成.通过对踝髋关节的受力分析表明,在穿戴者步态周期的0%~60%范围内该机器人可以为踝关节和髋关节提供约200N和222N的峰值力,进而可以为穿戴者的脚踝弯曲和髋关节伸展提供帮助.该研究成果可为外骨骼步行辅助机器人的设计提供理论依据.

机器人辅助步行训练对脑性瘫痪患儿影响的研究进展

脑性瘫痪(简称脑瘫)是儿童发育期最常见的致残性疾病之一,对脑瘫患儿的身心健康有着很大的影响。神经康复领域中机器人康复技术发生了革命性的变化,并越来越多应用在临床治疗中。机器人辅助步行训练以高强度,重复性为特征,是近年来改善神经系统疾病的研究热点。本文简单总结了步行训练机器人的不同种类、康复机制和训练方式对脑瘫儿童身体结构和功能、活动及参与能力方面的影响,旨为临床治疗提供可靠的依据。

穿戴式步行辅助机器人的混合控制方法及其稳定性

引入生物控制理论来改善步行辅助中的人机交互柔顺性和多关节协调自律控制,探索一种髋关节CPG(中枢模式发生器)控制、膝关节分级阻抗控制和髋/膝关节联动控制3部分相结合的新型混合控制方法.首先,利用CPG自激振荡行为和对外交流的特性获得理想的主/从髋关节目标轨迹,并建立CPG对称抑制网络来维持左、右髋关节逆相位,以便实现复杂人机环境中的步行稳定性.其次,根据步态要求,设计高阻抗和低阻抗分级控制规律,分别获得支撑期和游脚期的膝关节力矩.最后,通过建立髋/膝关节关联函数,建立髋关节CPG控制与膝关节阻抗控制的链接,实现步行中自然的髋/膝关节联动控制.利用李亚普诺夫稳定性理论研究了混合控制方法的稳定性,计算机仿真分析和步行实验证明了混合控制方法可有效地生成步行中自然的髋/膝关节运动.

新型康复护理服及辅助带的创新设计

在原有的康复护理服的基础上添加速干透气面料和透气孔等一系列创新设计,让生活无法自理的老年人享受到更加舒适的护理服;对现有的护理带产品进行改进,使用时能够省力,增加普通老年人或患者在移位和行走康复训练中的舒适度。

康复机器人辅助步行训练对不完全性脊髓损伤患者步行能力的影响

为探讨康复机器人辅助步行训练(Robot-assisted gait training,RAGT)对不完全性脊髓损伤(Incomplete spinal cord injury,ISCI)患者步行能力的影响,将16例ISCI患者随机分配至对照组(常规康复治疗+地面步行训练)及试验组(常规康复治疗+RAGT).治疗前及治疗4周、8周、12周后,分别进行下肢运动功能评分(Low extremity motor score,LEMS)及脊髓损伤步行指数II(Walking index for spinal cord injury II,WISCI II)评定.治疗后,两组患者LEMS均有提高(P<0.05),但试验组LEMS与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05).对照组治疗后各时间点WISCI II均较治疗前改善(P<0.05),试验组在治疗8周及12周后WISCI II较治疗前改善(P<0.05),但试验组WISCI II在训练12周后较对照组有明显提高(P<0.05).RAGT与地面步行训练在提高肌力上比较无明显差异,但在改善步行能力上RAGT优于地面步行训练.

功能性电刺激辅助步行设备对脑卒中足下垂患者步态时空参数的影响

目的:观察应用功能性电刺激辅助步行设备(FES-AWD)对脑卒中足下垂患者步态时空参数的影响,为临床治疗提供理论依据。方法:9例脑卒中足下垂患者在常规康复治疗基础上,增加步态训练矫正仪辅助下的步行训练,每天2次,每次20min,每周5d,共4周;分别于治疗开始前、治疗1周后和治疗4周后利用三维步态分析系统分析患者佩戴步态训练矫正仪前后的步态时-空参数。结果:①与自由步行相比,佩戴步态训练矫正仪(关闭开关)对患者的步态时空参数无显著影响;②3次访视中,与自由步行相比,佩戴步态训练矫正仪(开启开关)均能显著提升足下垂患者的步态时空参数。结论:FES-AWD可以即刻改善脑卒中足下垂患者的步态,且可以排除心理影响,以及佩戴设备所产生的各种不利生理影响。

功能性电刺激辅助步行设备配合减重训练对脑卒中患者下肢功能的影响

目的:探讨功能性电刺激辅助步行设备配合减重训练对脑卒中恢复期患者下肢功能的影响。方法:60例脑卒中恢复期患者随机分为治疗组及对照组。对照组(30例)在常规康复治疗基础上,辅以减重支持步行训练;治疗组(30例)在常规康复治疗基础上,佩戴功能性电刺激辅助步行设备进行减重支持步行训练。两组患者均在治疗前、治疗4周后采用Fugl-Meyer下肢运动功能量表(FMA-L)、Berg平衡量表(BBS)、功能性步行量表(FAC)进行评定。结果:治疗前两组患者的一般资料及FMA、BBS、FAC各项评定结果无显著性差异(P>0.05);治疗4周后与治疗前比较,两组患者的FMA、Berg、FAC评定结果较治疗前均有明显提高,差异有显著性意义(P<0.05);试验组的FMA、BBS、FAC评分改善情况明显优于对照组,差异有显著性意义(P<0.05)。结论:功能性电刺激辅助步行设备配合减重训练能改善脑卒中恢复期患者的下肢运动功能、平衡功能及步行功能,较传统方法结合减重训练更有利于促进脑卒中患者下肢功能恢复。

康复机器人辅助步行训练对帕金森病患者下肢运动功能的影响

目的探讨康复机器人步行训练对帕金森病患者下肢运动功能影响。方法将20例帕金森病患者随机分为机器人组和对照组,每组10例,均进行8周的康复训练。对照组采用常规的康复治疗,机器人组给予康复机器人步行训练,分别在训练前后采用Fugl-Meyer下肢运动功能和平衡功能评分及Holden步行能力分级进行评定。结果两组患者一般资料、Fugl-Meyer下肢运动功能和平衡功能评分及Holden步行能力分级在治疗前无显著性差异(P>0.05)。康复治疗8周后,两组患者的Fugl-Meyer下肢运动功能和平衡功能评分及Holden步行能力分级较治疗前有显著性差异(P<0.05),并且机器人组的评分高于对照组(P<0.05)。结论康复机器人步行训练能明显改善帕金森病患者下肢运动功能。

头针治疗联合下肢机器人辅助步行训练改善脑卒中偏瘫患者步态的疗效观察

目的通过三维步态分析观察头针治疗联合下肢机器人辅助步行训练对改善脑卒中患者异常步态的临床疗效。方法选取2018年1月至2019年12月绍兴市人民医院康复医学科收治的脑卒中偏瘫患者90例,采用随机数字表法分为试验组、机器人对照组和头针对照组,每组30例。3组患者均接受脑卒中后的常规运动康复治疗及头针治疗,其中试验组及机器人对照组患者在常规运动康复治疗及头针治疗的基础上增加下肢机器人辅助步行训练,而头针对照组不增加;试验组患者头针治疗与下肢机器人辅助步行训练同时进行,机器人对照组及头针对照组患者的头针治疗与常规运动康复治疗中的步行训练及步态矫正训练同步进行。3组患者分别在治疗前及治疗8周后测定Fugl-Meyer评定量表的下肢部分(FMA-LE)评分、改良Barthel指数(MBI)评分、步行时的步幅、步速、步宽、双足支撑百分比及患侧支撑相期髋关节伸展、膝关节伸展、踝关节跖屈的峰值力矩等三维步态参数。结果3组患者治疗前FMA-LE、MBI评分、步幅、步速、步宽、双足支撑百分比、髋、膝、踝关节峰值力矩比较差异均无统计学意义(均P>0.05)。3组患者治疗后FMA-LE、MBI评分较治疗前均明显升高(均P<0.05),试验组与机器人对照组患者MBI评分较头针对照组患者均明显为高(均P<0.05)。3组患者治疗后步幅、步速、步宽、双足支撑百分比较治疗前均有显著改善(均P<0.05),试验组与机器人对照组患者步幅、步速较头针对照组患者均有显著改善(均P<0.05),试验组患者步速较机器人对照组明显加快(P<0.05)。3组患者治疗后髋、膝、踝关节峰值力矩较治疗前均明显升高(均P<0.05),试验组与机器人对照组患者髋、膝、踝关节峰值力矩较头针对照组均明显为高(均P<0.05),试验组患者膝关节峰值力矩较机器人对照组明显为高(P<0.05)。结论应用头针治疗联合下肢机器人辅助步行训练可改善脑卒中后偏瘫患者的步态,头针治疗的同时进行下肢机器人辅助步行训练具有更佳的治疗效果。

不同步行辅助器对健康人负重影响的分析

目的:研究不同步行辅助具的减重能力。方法:30名健康人使用4种步行辅助具(手杖,手撑式助行架,双腋拐,臂撑四轮制动式助行架)进行站立和行走,分别观察他们在站立双腿支撑相轻扶、重扶辅助器前后的负重能力和动态行走中使用辅助器前后单腿支撑相负重能力,测量出受试者站立时轻扶、重扶辅助器和行走时扶持辅助器3种状态下减去重量的比率。结果:手杖在3种状态下减重能力最小,最多能减轻身体重量的29%,与其他3种辅助具比较有显著差异(p<0.05);而其它3种辅助具最多可减轻身体一半体重以上,动态中能减轻身体重量的24-30%。但其在3种使用状态下减重百分比之间无显著性差异(p>0.05)。结论:4种步行辅助具均可不同程度减轻负重,需要较大地减轻体重时,选择拐杖和助行架为宜。

一种新型步行辅助器

临床上对于脑血栓、脑出血、蛛网膜下腔出血、脑外伤及大手术恢复期的患者，锻炼步行对肢体功能恢复有非常重要的意义。目前，临床多采用人工搀扶的方式进行康复锻炼，存在很大的局限性，不能满足临床要求。我们设计了一种步行辅助器，经临床使用，取得了满意效果。

基于我国老龄化问题的步行辅助工具研究

近年来,我国人口老龄化快速发展,老年人步行辅助工具的需求也随之上升。但现有产品缺乏人性化的功能和安全性的保障,文章基于我国老龄化特征,老年人群体的生理、心理状态,外界因素和已有步行辅助工具现状,结合人机工程学原理,探究我国老年人助行器需求特点与设计原则。

面朝下体位病人辅助步行车的研制与应用

玻璃体切除手术用于视网膜脱离病人的治疗,这种手术病人术后需要保持面朝下的体位状态,以依靠硅油或气体的上浮作用力支撑和顶压脱离的视网膜,使视网膜复位和封闭裂孔。如果病人没有严格保持体位和头位,不仅不利于脱离的视网膜复位,还可能引起白内障和继发性青光眼等并发症。

机器人辅助步行训练结合综合康复治疗改善中枢脱髓鞘疾病患者疲劳的临床观察

目的:探讨综合康复治疗及机器人辅助步行训练对中枢脱髓鞘疾病患者疲劳、残疾水平和日常生活活动能力的影响。方法:对2014年1月—2016年6月我院收治的71例中枢脱髓鞘疾病患者(包括多发性硬化及视神经脊髓炎患者)进行随机对照研究,其中对照组25例,给予基础的康复护理;综合康复组25例,根据患者功能障碍选择包括运动疗法、作业疗法、心理康复等治疗;综合康复结合机器人辅助步行训练组21例,除了综合康复治疗外结合机器人辅助步行训练。3组治疗时间为1—2h/次,1次/d,共8周。治疗前及治疗8周后通过疲劳严重度量表(fatigue severity scale,FSS)、功能扩展量表(expanded disability status scale,EDSS)和改良Barthel指数量表评价治疗患者的疲劳程度、残疾水平及日常生活活动能力的改善情况。结果:对照组患者治疗前和治疗后FSS得分分别为32.00±6.87和31.90±6.92(P>0.05)、综合康复组患者治疗前和治疗后得分分别为32.20±6.15和30.90±6.22(P<0.05),综合康复结合机器人辅助步行训练组治疗前后得分分别为32.38±6.48和30.57±6.68(P<0.05),后两组治疗后疲劳度有所改善,且两组之间疗效没有显著性差异。在残疾水平方面,对照组患者治疗前和治疗后EDSS得分分别为7.0±1.08和7.00±1.08(P>0.05),综合康复组患者治疗前后EDSS得分分别为7.00±1.03和6.50±0.99(P<0.05),综合康复结合机器人辅助步行训练组患者治疗前后EDSS得分分别为6.50±1.08和6.0±0.97(P<0.05),后两组治疗后残疾水平较治疗前改善,且综合康复结合机器人辅助步行训练组效果更好(P<0.05);在改良Barthel指数得分方面:对照组分别为32.88±8.86和33.36±8.82(P>0.05),治疗前后比较差异没有显著性意义;综合康复组患者治疗前后得分分别为32.92±8.89和34.24±8.34(P<0.05),综合康复结合机器人辅助步行训练组治疗前后得分分别为33.43±8.51和35.86±8.54(P<0.05),后两组治疗前后比较差异有显著性意义,但两组之间疗效比较差异没有显著性意义。结论:应用综合康复治疗,可以减轻中枢脱髓鞘疾病患者疲劳,在改善其残疾水平及提高日常生活能力方面具有积极的作用。对于存在严重步行障碍的患者来说,机器人辅助步行治疗在不增加疲劳的前提下,提供了高强度的训练模式,可以作为一种安全有效的步行训练的方式。

载货汽车辅助步行器的设计

为满足科考、物探以及重大灾害后的地形、道路要求,根据仿生学原理利用载货汽车底盘设计的载货汽车辅助步行器,可以提高汽车在极度恶劣环境条件下的通过性和快速自救能力。针对某货车辅助步行器的行走机构参数、液压及控制系统进行了设计。

弹性悬带矫形器对偏瘫患者步行功能的影响

目的评价新型弹力悬带矫形器对患者下肢运动功能及步行功能恢复的效果。方法 28例卒中后偏瘫患者随机被纳入康复治疗组(对照组)和弹力悬带矫形器治疗组(治疗组),对照组在治疗师指导下进行常规康复训练,治疗组在常规康复训练的基础上佩带弹力悬带矫形器进行步行训练,连续治疗8周。分别于治疗前,治疗后4周和治疗后8周由同一个治疗师对下肢运动功能评分(Fugl-Meyer,FMA)、能量消耗指数(physical consume index,PCI)及包括10 m舒适步行速度和10 m快速步行速度、步频、步长、足偏角、步基宽在内的步态时空参数进行评测,并比较上述指标在治疗前后的变化,观察弹力悬带矫形器的作用效果。结果治疗4周后,治疗组和对照组10 m舒适步行速度和10 m快速步行速度、步长、步频较治疗前提高(均P<0.01),步基宽、PCI较治疗前降低(均P<0.01);2组FMA和足偏角治疗前后差异无统计学意义。治疗后治疗组10 m舒适步行速度和10 m快速步行速度、步长较对照组明显提高(P=0.0298,0.0225,0.025),步基宽、PCI较对照组明显降低(P=0.D01,0.026);2组步频、FMA和足偏角比较差异无统计学意义。治疗8周后,治疗组和对照组的10 m舒适步行速度和10 m快速步行速度、步长、步频及FMA评分较治疗前提高(均P<0.01),步基宽、PCI较治疗前降低(均P<0.01);2组足偏角治疗前后差异无统计学意义。治疗后治疗组10 m舒适步行速度和10 m快速步行速度、步长、步频及FMA平分较对照组明显提高(P=0.042、0.015,0.024,0.024,0.038),步基宽、PCI较对照组明显降低(均P<0.01);2组足偏角比较差异无统计学意义。结论早期使用弹力带矫形器可以纠正偏瘫患者的异常步态,提高步行速度,降低能量消耗,促进步行功能恢复。