上肢机器人训练

2024-07-22

上肢机器人训练（精选4篇）

上肢机器人训练第1篇

脑卒中, 俗称中风, 是因急性脑血管病变引起血液循环被破坏造成局部或全脑神经功能障碍的一种疾病。是当今我国社会中老年人多发的一种疾病, 且发病率逐年上升。这种疾病会使患者肢体运动功能丧失, 尤其是上肢运动功能的丧失, 所以极大地影响了患者日常生活的能力。伴随经济的发展, 人们对生活期望的不断提高, 对中风患者进行及时有效的康复运动治疗变得尤为迫切和重要。

全球平均每年中风的发病比率达到200/10 万。世界卫生组织有关调查表明:中国脑卒中发病率居所有国家之首位, 远超于美国。根据我国现有的社会医疗水平, 将近1/4 的脑卒中患者会因治疗水平的限制而丧失生命, 脑卒中已成为中国第一致死因素。以“脑可塑性”为基础的康复锻炼, 是早已被临床医学实践应用所证明了的有效的治疗方法。目前, 传统的医疗康复训练主要是以专业康复治疗师徒手操作为主, 此类方法对患者自身和病患家属及医务人员来说都是一项耗时、费力、单调乏味的工作。而且由于我国患者众多, 专业康复治疗师严重缺失 (大概比例1%) , 使得更多患者因康复运动强度不足而导致康复效果不能达到理想状态。因此, 有必要将机器人技术引入康复治疗领域, 让机器人代替理疗师进行繁重的工作。上肢康复机器人的研究和应用, 对我国康复医疗水平的提高及多学科交叉研究的进步都具有重要意义。

2 上肢康复机器人研究现状

康复机器人是机器人技术在康复医学应用的产物, 涉及多门学科知识。如今, 康复机器人已有了较为全面的发展。

1991 年, 美国麻省理工学院开发了一款康复训练机器人MIT—MANUS, 可以帮助偏瘫患者进行康复训练。该设备的运动主体是五连杆机构, 提供两个自由度的运动, 可以辅助患者完成手臂的平面运动, 可同步获取手臂运动速度、角度等参数, 且能够通过微机界面对患者反馈信息。患者被分成两组进行传统治疗方法和机器人辅助康复训练的对比分析试验, 实验结果显示表明:康复机器人可以有效地帮助患者进行治疗, 治疗效果较传统方法有明显的提高, 且不会对患者有任何损伤及其他不良作用。

1993 年, 加利福尼亚大学的Lum P. S. 等人研制了一种利用双手协调性进行锻炼的康复系统系统--“手-物体-手” (hand-object-hand system) 。系统包含两个把手, 其中一个把手有电机驱动, 电机可以带动患者双手完成平面移动和对物体挤压的练习, 以锻炼双手协调性, 由于两个刚性夹板限制了腕关节自由度, 患者只能进行手腕的屈伸运动, 保证了康复动作的准确性, 同时在夹板处安装有力学传感器, 便于医生采集相关参数。

1995 年, Lum P. S. 团队又研发了一款双手向上举物的康复系统 (bimanual lifting rehabilitator) , 该装置为2DOF连杆机构, 可以锻炼患者上举及平移动作, 获取垂直位移及旋转角度等参数, 当患者肌力不足时为患者提供适当的重力支撑, 从而保持上举运动的平衡。

1999 年, 加州大学与芝加哥康复研究所联合研发了ARMGuide, 用于测定患者手臂的活动范围, 同时帮助上肢进行完成康复锻炼。

2002 年, 英国雷丁大学牵头组建的欧洲跨国研究小组针对肩肘关节研制了一款上肢康复机器人GENTLE。患者手臂用吊索与Haptic Master机器人相连, 由工业机器人提供驱动力和重力支撑, 与虚拟技术相结合提供视觉上的反馈信息, 在对患者的看反复训练中取得了显著的疗效。

英国利兹大学的Raymond Holt等人研制发了IPAM双臂康复机器人, 每个机械臂上都有3 个关节, 通过气压驱动装置提供力矩。

CADEN-7 是由华盛顿大学的Joel Perry等人设计出的一款7 自由度的外骨骼机器人。既能够帮助患者的肩、肘、腕关节完成康复锻炼, 也能够用于对健康人体的实验探究。

在中国, 人们虽然加强了对康复医学的重视, 但与国外相比, 康复机器人的研究水平仍然相对落后。大多数康复机器人的研发都是由学校进行的, 且都处于较浅层次阶段, 实现产业化的研究成果以简易单关节康复训练器居多。

清华大学是我国较早进入康复领域进行研究的大学之一, 到目前为止研发了多种康复机器人, 其中包括肩肘复合康复运动机器人和肩关节康复机器人。

哈尔滨工程大学同期也研制出了一款上臂康复机器人。该机器人能够帮助患者的肩肘关节完成平面运动。他们还对机器人控制部分进行了深入的研究, 在分析与仿真技术领域取得了一定的成果。

河北工业大学研制的一款上肢外骨骼机器人采用气动控制系统, 可以帮助患者完成肩肘关节三个自由度的训练。并可通过网络进行远程操控, 完成数据采集传输等工作。

3 发展展望

上肢康复机器人将智能控制与肢体运动用机器人系统完美的结合起来, 可以帮助患者完成各种康复运动, 具备传统康复治疗方法无法比拟的优点:替代康复治疗师完成高强度, 高密集度的重复性体力劳动, 弥补我国专业理疗师人员不足的现状, 保证每位患者得到客观、均衡的治疗。控制系统可施加更精确的驱动力矩, 对治疗数据和运动参数及训练次数详实记录, 便于治疗师根据数据, 做出客观评价, 及时改善治疗方案。科研人员也可以将参数和疗效进行对比, 从而发现机器人辅助康复治疗的更多规律, 为进一步改善治疗效果提供更详实的科学依据。结合虚拟技术将锻炼科目制作成游戏, 使整个治疗过程更具趣味性, 患者对康复训练参与性更强;同时也便于治疗后期治疗师远程指导, 使康复治疗持续进行, 取得更好的康复效果。

今后对上肢康复机器人的研究工作有可能在以下几方面进行展开:

(1) 结构设计方面, 能够带动患肢完成大幅度、多关节的空间运动;

(2) 患者病理及身体条件各异, 制定多样的控制策略以适应不同患病程度患者的治疗, 提高康复机器人的适用性;

(3) 上肢康复机器人服务对象为肢体存在运动障碍的患者, 要从硬件结构和软件系统设计入手, 设置合理的保护装置, 保证患者的绝对安全。

(4) 开发新型的治疗效果评价机制, 将训练参数与治疗效果的评价指标建立较为明确的关系, 可以实时有效的观察康复效果。

摘要：随着社会老龄化日益严重, 脑卒中患者患病人数不断提升, 急需将更加先进的技术引入康复治疗领域。本文对上肢康复机器人的国内外研究现状进行了阐述, 并结合临床康复医学理论对上肢康复机器人的发展趋势进行了展望。

关键词：脑卒中,上肢康复,机器人

参考文献

[1]王陇德.脑卒中筛查及干预—项被忽略的国民保健工程[N].人民日报, 2009, 4 (16) :015版.

[2]PRIOR S.D, WARNER P.R.A review of world rehabilitation robotics research[J].IEE Colloquium on High-Tech Help for the Handicapped.1990:1-3.

上肢力量训练方法介绍第2篇

楼房引体

该动作的目的，在于锻炼出钢铁般强悍的背部和肱二头肌，同时大幅度提高手臂的抓握能力和手掌坚韧程度，并为下一步训练楼房的攀登打好基础。

寻找建筑物上一块可以抓握住并且坚固的地方，如门框、阳台，然后依靠弹跳或者伙伴的帮助将手搭放在预定的位置，可以根据训练的目标，选择不同的握距，例如采用宽于肩部的握距时，可以使背阔肌横向发展，同时大圆肌也会得到深层次的刺激：而采用窄于肩部的握距时，将会有益于增长背部的厚度和力量。按照平时单杠引体的要领执行动作。

动作下放时应将肩、肘关节充分伸展。上拉时锁骨则应超过抓握平面。所抓握的平面高度不足时，可将两小腿后抬，并搭在一起。所预定的抓握目标不应离地面过高，所处地面应该平稳，以防止出现摔伤、划伤等事故。手部抓握应稳固有力，若感觉手掌皮肤无法承受压力，应配带手套，防止划伤皮肤。

倒立推举

该动作能够大幅度刺激神经平衡中枢及肩、胸部肌群，提高上半身协调性以及心、脑血管的承受力，并为下一步倒立行走打下基础。

伏身面向一坚固墙，成平地伏卧撑状，此时头部距墙约30厘米，双手放置距离略宽于肩。根据个人习惯，一脚蹬地，一脚上摆，全身协调发力成倒立状，两脚掌贴在墙面，身体成反弓形，头仰起。以上述姿势为基础进行下放——上举的循环动作。

下放时，头距地面应少于3厘米，上举时，肘部应充分伸直。体力好的可以尝试不依靠任何支撑进行训练。此次动作对于接受训练人员的力量、柔性以及全身的协调性都有较高的要求，防止头颈、肩、手臂、腰等部位发生扭伤。应确认使用的是坚固的墙体，初学者应在他人的保护下完成此训练。心、脑血管疾病及头部外伤未痊愈者应禁止训练此动作。

单握哑铃

在体侧单手握一支哑铃，身体尽可能侧屈，允许哑铃把你的身体向下拉。然后向相反的方向拉回身体，使身体回归开始位。完成规定数量的体侧屈换另一边。

健身中持铃体侧屈目的仅限训练腹肌，常选用小重量哑铃，多次数训练，比如每侧20至50次不等。而橄榄球持铃体侧屈关键是训练腹内斜肌和腹外斜肌力量及身体一侧失去重心时的平衡能力。所以训练次数少，训练重量大，如果你的力量够大，也可采用更大重量。

负人坐蹲

在健美界，杠铃深蹲被尊称为“力量训练之王”，因此在日常的军事体能训练中，结合部队的实际情况，并突出强化受训人员背负能力和配合意识的前提下，采用了负人坐蹲这一杠铃深蹲的变形动作。

负人者将两腿分开，两脚间距离与肩同宽，然后下蹲，被负者骑跨在负人者的颈部。负人者抓握住被负者小腿，然后循环执行起立蹲下的动作。

下蹲时动作应止于大腿与地面平行的位置，然后以最快的速度起立，并伸直双腿。整个动作遵循慢蹲快起的原则。在执行此动作时，负人者应保持脊椎挺直防止腰部扭伤。两脚尖所朝方向与膝关节弯曲方向保持一致。被负者应保持稳定，不能和图中的那位一样乱摆POSE。

俯卧撑

凡是当过兵的朋友一定知道之所以，称为俯卧撑是因为我们中国人是龙的子孙，而正是龙的九子之一。它生性喜好文字，所以人们常在故宫等古迹中见它驮着巨大的石碑，因此这个动作就是受所启发而创造的，俯卧撑在给胸部肌群巨大刺激的同时，重点提高训练者协作配合意识、背负能力、平衡感等。

负人者前倒伏地，并以两手支撑身体。被负者登上其背部并站稳，可手扶固定物或由第三者协助完成登踏动作。待被负者调整好，负人者即开始以较缓慢的动作执行俯卧撑动作。

下放时胸部距地面高度不应该超过5厘米。上推时肘部充分伸直，两人体重应大体相同。被负者两腿应踏在负人者两肩胛骨的位置。地面清理干净，否则重压之下，手掌容易受伤。

屈体哑铃

站于平凳前约1、2步远，屈左膝使左脚脚背搭于平凳上。躯干挺直，右膝弯曲使身体下降直到左膝几乎触及地面。然后伸右膝站直右腿，记作完成一次动作。完成8次左腿箭步蹲，再换右腿8次，记作一组训练。

和一般的哑铃箭步蹲不同之处在于锁定了臀部，使起身时的臀部发力减到最小，从而孤立股四头肌使其受到的负荷刺激更加充分。对单腿踏跳的前冲动作有良好训练效果。

上肢康复机器人专利申请分析第3篇

随着中国社会经济的发展, 利用康复机器人的各种优势和特长, 辅助康复医师执行康复运动, 提高患者的康复效果是社会的大需求。因此, 上肢康复机器人主要以偏瘫脑卒中病人运动疗法中的运动再学习理论为基础, 融合了医学、生物学、机械学、信息与计算机科学等诸多学科, 专门针对人体的上肢进行康复训练。为了使上肢康复机器人对患者进行科学有效的训练, 对上肢康复机器人的结构和控制方式都被提出了较高的要求。

2 上肢康复机器人技术总体领域分布特点

上肢康复机器人技术是一项综合性学科, 涉及医学、机械学和信息与计算机科学等诸多学科, 通常的上肢康复机器人被划分入医学中的锻炼/训练器械中, 但其中涉及部分机器人机械臂关节的特殊结构也与机器人的关节领域相关 (B25J17/00或B25J11/00) , 同时涉及控制方法的上肢康复机器人也与控制方法领域相关 (G05B19/00) , 另外, 对于专门适用于康复领域应用的数字计算或数据处理的设备或方法领域 (G06F19/00) 也与上肢康复机器人技术密切相关, 如图1所示。因此, 对这些交叉技术领域的梳理对于审查工作具有重要的现实意义和指导作用。

3 上肢康复机器人全球专利申请趋势

上肢康复机器人全球专利申请趋势如图2所示。

由图2中的上肢康复机器人全球专利申请趋势可以看出, 国外对于上肢康复机器人的研究始于1975年, 而国内对于该领域的研究始于1985年, 整整比国外晚10年。虽然国内的起步较晚, 但是从2005年以后, 国内的申请量已经赶上国外, 而且在2008年之后都多余国外的申请量, 可见国内对于上肢康复机器人的研究越来越多。

4 上肢康复机器人专利申请人类型分布

从图2的上肢康复机器人全球专利申请趋势图中的中国专利申请趋势可以看出, 在2005年之前, 关于上肢康复机器人的中国专利申请总体比较平缓, 上升趋势不明显, 申请量非常少, 申请人类型以个人申请为主, 占72%。因为这个时期, 很多大学和公司还没有重视上肢康复机器人的研究和开发, 所以申请量不多, 申请主要集中在个人, 而且较多的都是一些较简单的关于康复手段的申请、如一些单自由度的, 简单电机驱动辅助抬手、抬臂等康复机器人。在2005年之后, 关于上肢康复机器人的中国专利申请开始快速增长, 专利申请整体呈现上升趋势, 每年都以较高的增长率增长, 特别是最近三年, 申请人类型中个人、大学和公司各占41%、35%和21%。在这个时期, 大学和公司的申请量在不断地上升, 所占比例在不断增加, 已有赶超个人申请量的趋势。说明在这段时间内, 大学和公司都开始慢慢重视上肢康复机器人的研究和开发, 上肢康复机器人的技术发展水平较之前也较高。国外申请人类型分布与国内申请的快速增长期的申请人类型分布类似, 第一位的是个人申请, 占47%;其后是高校申请, 占34%;最后是公司申请, 占19%。

结语

经过分析可见上肢康复机器人的国内外研究正在逐渐重视, 呈逐步增长的趋势。从申请人类型上分析说明虽然上肢康复机器人技术的专利申请量很多, 但是真正作为产品应用到实际中的比较少, 多数还处于高校研究领域和个人的一些康复手段。

参考文献