康复机器人

主要内容康复机器人简介相关技术分析发展趋势总结康复机器人简介康复机器人是帮助残疾人解决生活中活动困难的一种工具，使残疾人获得更强的独立生活能力，并相当大地提高他们的生活质量。康复机器人简介(续)康复机器人可划分为康复训练机器人和辅助型康复机器人两种。康复训练机器人的主要功能是帮助患者完成各种主、被动康复锻炼,减轻服务人员的劳动强度,解决人工帮助锻炼达不到全身所有肌肉和关节长时间活动的问题，如行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练、颈部运动训练等。辅助型康复机器人主要用来帮助肢体运动有困难的患者完成各种动作,如智能假肢、智能轮椅、导盲机器人、服务机器人等。康复机器人简介(续）目前,康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面。上肢康复机器人，运用计算机技术实时模拟人体上肢运动规律，拥有一个可调节的上臂支持系统，增加的智能反馈和三维运动空间，可使功能治疗训练在一个虚拟的环境中进行。可使上肢在负重或者减重的状态下进行训练，并提供高质量的反馈信息，跟踪患者训练后的康复程度，是上肢恢复的好帮手。上肢康复机器人上肢康复机器人(续)被动-助力-主动运动下肢康复训练机器人能够使患者模拟正常人的步伐规律作康复训练运动,锻炼下肢的肌肉,恢复神经系统对行走功能的控制能力,达到恢复走路机能的目的。下肢康复机器人步态控制装置—产生与正常人行走轨迹相近的运动轨迹。脚的姿态控制系统—模拟正常人走路时踝关节的姿态变化。重心平衡系统—重心平衡系统由吊缆、承重背心、滑轮、支撑架和偏心轮组成，通过承重背心把患者固定在支撑架上,使患者的上肢和吊缆一起运动。由重心控制系统与走步状态控制系统的同步运动,实现重心的自动调整和重力的自动平衡。下肢康复机器人(续)TheUniversityofMichigan(美国密西根大学2006）下肢康复机器人(续)MotionMakerLausanne,Switzerland（瑞士）下肢康复机器人(续)下肢康复机器人(续)下肢康复机器人(续)外骨骼支架机器人驱动方式比较电动机驱动—具有易于控制，运动精度高，响应快，使用方便，信号监测、传递和处理方便，成本低廉，驱动效率高，不污染环境等诸多优点，电动机驱动也是目前机器人使用最多的一种驱动方式，但安全性、柔顺性、轻巧性相对较差。气压驱动—主要优点是气源方便，驱动系统具有缓冲作用，用气压驱动的机器人，机械结构简单，能源成本低。气压驱动的缺点是功率质量比小，装置体积大，气压低，只适用于轻载机器人。相关技术分析油液驱动—体积较气压驱动小，功率质量比大，驱动平稳，且系统的固有效率高，快速性好，同时液压驱动调速比较简单，能在很大范围内实现无级调速。其缺点是:对温度变化敏感、油液易泄漏，影响工作稳定性和定位精度，安全、清洁性差。气动肌肉—出现时间不长，但目前已引起广泛的关注。气动肌肉驱动功率质量比大、柔顺性好、安全性好、质量较轻，由于气动肌肉不仅具有刚度低、结构小巧等特点，而且价格便宜、噪音低。驱动方式比较(续)相关技术分析(续)相关技术分析(续)人机接口技术用户在使用康复机器人过程中需要不断地与机器人沟通，人机接口的灵活、简便易用是康复机器人高效运行的基础。通过对肌电图(Electromyogram)的检测,人们可以作出肌疲劳性、重症肌无力、肌强直、肌萎缩等各种肌病的临床诊断；同时,还可以利用人体表面肌电的某些特征进行识别来驱动康复设备的动作。所采用的大部分传感器要与人体肌肤直接接触并粘贴在肌肤上,需要特别的固定装置,这样直接导致穿戴上的不便。人体分泌的汗液、传感器安装的好坏等将影响所获取信息的稳定与准确性,而且信息量大而复杂,易受干扰,从而使控制难度加大。相关技术分析(续)肌电接口技术嵌入式肌电电极EMG信号的拾取表面电极EMG信号的拾取缺点：信号微弱，控制准确性较差相关技术分析(续)肌电接口技术CyberGloveCyberGraspForceSensorHapticinterfaceEMGSensorsandInertialSensingEMG/EEGCaptureUnit相关技术分析(续)肌电接口技术TransferHandSkills相关技术分析(续)肌电接口技术大脑在进行思维活动、产生动作意识或受外界刺激时，神经细胞将产生几十毫伏的微电活动，大量神经细胞的电活动传到头皮表层形成脑电波(Electroencephalogram，EEG),此EEG将体现出某种节律和空间分布的特征，并可以通过一定的方法加以检测，再通过信号处理（主要是特征提取和信号分类）从中辨析出人的意图信号，而将其转换为控制命令，来实现对外部设备的控制和与外界的交流。相关技术分析(续)脑-机接口BCI(BrainComputerInterface)技术BCI(BrainComputerInterface)系统的关键技术信号采集特征提取信号分类生物反馈相关技术分析(续)康复机器人发展趋势人性化智能化模块化康复机器人发展趋势(续)智能化进一步提高智能水平,简化用户的控制,使机器人能体察用户意图,在简单指令下自主完成各种操作。发展和综合应用各种智能控制技术,开发和完善灵活丰富的人机接口。结合计算机通讯、网络技术和智能家居技术,使康复机器人能更有效地将用户和社会生活环境融合起来。日本ASIMO服务机器人康复机器人发展趋势(续)人性化康复机器人应根据患者的生理和心理特点,考虑到他们的特殊需要,设计出称心如意的产品。例如使机器人的颜色、形态、行为方式上更能为人接受,使用更舒适、安全、可靠,与用户有反馈沟通的能力等。康复机器人发展趋势(续)模块化要实现康复机器人的批量生产、技术兼容性和简易快捷的更新能力,必须实现模块化。机器人的硬件部分如机器臂、控制器、传感系统和人机接口等都按统一的标准模块化设计,形成各自的嵌入式系统,能方便地集成和统一控制。总结康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支，它的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。随着机器人技术的发展，小型化、轻量化而且更接近实用的人工智能机器人不断地被开发研制出来，人们对康复机器人的未来也充满了期待。