国产可穿戴机器人问世 让一切皆有可能

耳聪患者戴上助听设备就可以重新获得听觉能力，那是否可以让无法行走的截瘫患者穿上一套外骨骼机器人，就可以像普通人那样迈步行走？科技的快速发展，让一切皆有可能。

可穿戴机器人的研究现状和面临的挑战

本文以基于外骨骼的研究进展和社会不断增长的需求为背景,阐述可穿戴机器人的研究现状以及具有代表性的传感器技术。同时,对使用特殊的基于跑步机平台的康复疗法和使用功能性电刺激疗法来完成运动修复的情况进行了回顾。最后讨论了可穿戴机器人在智能空间中集成方面的问题,并提出了一些重要的关键技术。

可穿戴机器人改善脑卒中患者平衡及步行功能的疗效观察

目的探讨可穿戴机器人改善脑卒中患者平衡及步行功能的临床疗效。方法将符合条件的脑卒中患者80例按随机数字表法分为观察组和对照组,每组40例。对照组予以常规康复联合可穿戴机器人无助力治疗,观察组予以常规康复联合可穿戴机器人助力治疗,可穿戴机器人治疗为1次/日,每次20 min,6次/周。分别于治疗前和治疗4周后(治疗后),采用Berg平衡量表(BBS)评分和功能性步行分级(FAC)评分对2组患者的平衡能力及步行能力进行评估,用Prokin平衡仪测定2组患者的运动轨迹长度和面积,利用可穿戴机器人系统测定患侧步长和步速。结果治疗后,2组患者的BBS评分、FAC评分、运动轨迹长度、运动轨迹面积以及步长和步速等各项指标均较组内治疗前显著改善(P<0.05);观察组治疗后的BBS评分、FAC评分、运动轨迹长度、运动轨迹面积、患侧步长和患侧步速分别为(43.31±2.21)分、(4.63±0.50)分、(372.51±95.41)mm、(625.31±127.97)mm 2、(0.54±0.04)m、(0.70±0.05)m/s,明显改善优于对照组治疗后[(39.63±2.49)分、(3.97±0.28)分、(455.18±104.50)mm、(763.37±132.91)mm 2、(0.41±0.02)m、(0.48±0.03)m/s],且组间差异均有统计学意义(P<0.05)。结论常规康复联合可穿戴机器人助力治疗可显著改善脑卒中患者平衡及步行功能,且较单独使用常规康复治疗的疗效好。

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。

可穿戴外骨骼机器人驱动技术的研究进展

介绍了可穿戴外骨骼机器人驱动技术的研究现状,分析了各类驱动技术及致动器的优缺点及适用情景,指出了高性能微电动机、新型致动器、驱动模块化、驱动智能化是可穿戴外骨骼机器人驱动技术的未来发展方向。

面向柔性外骨骼机器人的纺织材料研究现状

基于纺织材料的柔性外骨骼机器人有效解决了刚性外骨骼机器人顺应性差、笨重、穿戴舒适性差等问题。文章介绍了柔性外骨骼机器人的发展现状,重点介绍了主要的驱动结构(包括线驱动、气动肌肉和液压驱动等),柔性外骨骼机器人主要采用的纺织材料(形状记忆材料、电活性聚合物、碳纤维和水凝胶材料等),并剖析了纺织材料在柔性外骨骼领域应用所面临的困难,并提出了今后的发展方向。

可穿戴外骨骼机器人研究现状

近年来,随着国家人口老化现象的加剧及生产力发展的需求,可穿戴外骨骼机器人在军队、医学和物流等领域获得广泛的重视与研发。该文对国内外可穿戴外骨骼机器人的研究现状进行总结,讨论当前制约可穿戴外骨骼机器人发展的难点,并展望可穿戴外骨骼机器人的发展趋势。

模块化可穿戴外骨骼上肢机器人的结构设计与分析

基于人机智能技术设计了一种模块化可穿戴外骨骼上肢机器人系统,能够在电机的驱动下,通过柔索传动储能机构实现肩关节内旋/外旋、屈曲/伸展以及肘关节屈曲/伸展的动作。应用D-H法对机器人进行了运动学分析,建立了运动学方程。轻量化设计以及穿戴运动的便捷,使机器人系统在中风偏瘫等脑血管病患者的康复治疗、改善高强度重体力劳动者的工作状况等方面有极为广泛的应用前景。

气动自平衡式可穿戴搬运助力机器人的开发

开发了一种新型的气动自平衡式可穿戴搬运助力机器人。机器人采用了重物自平衡机构,使气缸的支持力与重物能在任意位置维持力平衡,人只需要很小的力就能操纵所搬运的重物沿任意方向自由移动。该机器人具有结构轻便、控制系统简单、穿戴方便、助力大、便于操控的特点。为了验证机器人的原理,制作出了机器人样机,并进行了不同载荷条件下的搬运实验。实验结果证明了该设计具有可行性和实用性。

可穿戴上肢康复机器人设计与研究

常规的上肢康复治疗多采用人工的物理疗法,为辅助患肢进行便捷康复训练。该文设计一种可穿戴上肢康复机器人的技术原型装置,包括机械结构、健侧模块、患侧模块和主控模块。其中,健侧模块利用六轴陀螺仪采集实时肘关节运动角度数据,经过卡尔曼滤波方法滤除干扰,改善信号的稳定性;主控模块包括医师引导和患者健侧肢体自主控制两种康复训练模式,对患者上肢受损程度进行康复训练。实验中机器人能成功采集并分析数据,其运动角度范围与正常的肘关节屈伸活动范围相同,能够辅助肘关节完成屈曲/伸展康复训练任务。此上肢康复机器人结构方便穿戴于人体,为上肢肢体功能障碍的患者康复训练提供了一种新的途径。

穿戴式下肢康复机器人的运动学仿真分析

针对可穿戴式下肢康复机器人,对人体下肢自由度进行简化,建立了人体下肢运动学方程并求得正解.采用MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics设计工具建立人体下肢的运动学仿真模型,并进行了运动学仿真研究,得到下肢各关节的运动轨迹与实际测量的轨迹基本吻合,证明了运动学模型的正确性,为实际的康复医疗及机构的控制提供了重要数据.

穿戴式机器人的协调控制方法及其运动辅助机理

为改善穿戴式机器人在运动辅助过程中的人机交互柔顺性,提出了一种以中枢模式发生器(CPG)为核心的协调控制方法,利用CPG自激行为和对外交流的特性获得理想的主/从关节目标轨迹,规避了运动学和动力学逆解算。结合仿真分析和物理实验研究,阐明了所提控制方法及其运动辅助机理、停止再运动等柔性运动产生机理。结果表明,该协调控制方法具有运动辅助效果,CPG自激行为和对外交流的特性可以获得理想的主/从关节目标轨迹,且CPG的衰减停振特性能够方便地生成停止再运动等柔性运动,极大地改善了机器人的人机交互柔顺性。

穿戴式助力机器人研究现状及发展趋势

穿戴式助力机器人可用于负重携行、山地作战、高原巡逻等军事领域,具有携行助力、延缓疲劳、提高战斗力等功能,是当前各国研究的热点。对穿戴式助力机器人的研究现状进行较为详细的综述,然后进行对比分析,并对穿戴式助力机器人的常用驱动方式做了分析说明。指出穿戴式助力机器人存在的问题,提出需要发展刚柔耦合穿戴式助力机器人的设想,需要重点解决仿生轻量化、高效驱动以及同步控制等关键技术,对有效提升单兵综合效能具有重要的研究价值和现实意义。

柔性穿戴式上肢康复机器人关节运动控制研究

针对传统康复机器人重量重、穿戴不便、运动柔顺性差等不足,基于轻量化、柔顺性、易穿戴和人体工学等设计原则,设计了一种柔性穿戴式上肢康复机器人。采用弹性布作为机器人基体,气动人工肌肉驱动的类拮抗式关节,实现了肘关节屈/伸及旋前/旋后运动。基于气动人工肌肉的力学特性模型,采用拉格朗日法建立了康复机器人的动力学模型。针对气动人工肌肉驱动的柔性系统易抖振、响应滞后的控制难点,设计了基于RBF神经网络的PID控制器;针对PID控制器初始参数依靠经验取值的问题,设计了模糊PID控制器以确定PID控制器的最优初始参数;最后通过仿真和实验研究对RBF-PID控制器的性能进行了验证,并与传统PID控制器进行了对比。结果表明:RBF-PID控制器响应速度快,控制稳定性高,可实现该柔性康复机器人的稳定控制。

外肢体机器人研究综述及发展趋势

外肢体机器人由于其独特的穿戴舒适性、运动灵活性和人机协作性,在医疗康复、航空航天、工业生产及建筑装修等领域具有广阔的应用前景。阐述了外肢体机器人的国内外研究现状和发展动态,分别从外肢体系统结构、运动建模、人机信息交互与协调控制三个方面进行综述。分析了刚性外肢体与柔性外肢体结构的优势与不足,阐明了外肢体运动建模过程中的核心和关键,揭示了人机交互与最优协作控制的技术挑战。最后总结了外肢体机器人的研究要点,并对其未来发展方向和趋势进行了展望。

可穿戴式上肢康复机器人的运动学分析与仿真

针对三自由度可穿戴式上肢康复机器人，利用D—H法建立了机器人运动学方程。基于Pro／E软件对机器人进行建模，并导入ADAMS软件进行运动学仿真分析，依此确定了在一定输入条件下机器人的运动状态，为实际的机构控制提供了重要数据。

基于时间序列分析的可穿戴助力机器人传感器信号预测的研究

下肢可穿戴助力机器人是一种自主控制的机器人。它要求各个关节的电机根据感知系统获取的力信息和位置信息做出快速反应。为了提高下肢可穿戴助力机器人的动态响应频率,本文提出了一种新颖的基于时间序列分析的感知系统信号在线预测算法,该算法在保证系统实时性的前提下,提高了感知系统的动态响应频率。在文章的最后,对信号预测算法进行了相应的实验,实验结果表明了该算法的准确性和有效性。

可穿戴式下肢康复外骨骼机器人步态规划及仿真

通过分析人的下肢各关节的特征及自由度,设计可穿戴式下肢康复外骨骼机器人结构,利用CAD软件solidworks进行三维建模。为了实现可穿戴式下肢康复外骨骼机器人稳定行走功能,本文运用零力矩点(ZMP)判断依据进行步态规划。在机器人进行步态规划时采用三次样条插值法得到可穿戴式下肢康复外骨骼机器人各关节的平滑运动轨迹,同时,摆动腿在运动过程中脚底与地面始终平行。最后在ADAMS软件中建立可穿戴式下肢康复外骨骼机器人的虚拟样机进行运动学仿真。

一种可穿戴型下肢助力机器人足底压力信息采集系统

为了实现可穿戴型下肢助力机器人行走过程中的步态识别,需要快速且稳定地获取足底压力数据信息。针对可穿戴型下肢助力机器人感知系统灵敏性能差、响应迟缓等缺点,结合实际应用,设计了一种系统结构更加简单优化,能够实时监测足底数据的信息采集与处理系统。该系统由足底信息采集模块与信号处理模块两部分组成,通过无线传输,可以实时监测和反馈人体行走过程中足底压力分布信息。实验结果表明,系统测试的数据符合人体行走运动中足底压力变化的规律,所设计的采集系统可以实时监测人体足底压力的信息,满足信息采集要求,为后续的控制算法验证提供有效数据。

基于Featherstone算法的穿戴式外骨骼机器人高效动力学计算研究

穿戴式外骨骼机器人的动力学计算,是实现精准控制、驱动电机选型的前提条件。穿戴式外骨骼机器人一般具有较多自由度,传统方法无法解决其动力学计算问题。文章采用Featherstone刚体动力学算法,对其高效动力学计算进行研究,并根据机器人的运动树连通图,建立了机器人系统的整体几何模型,通过将几何模型转换为参数代入MATLAB,运用Featherstone逆动力学算法求出在一个步态中各关节所需的驱动力矩。