基本信息
- 項目名稱：
- 網(wǎng)絡化一對多遠程助老助殘康復機器人
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品集上肢康復和下肢康復為一體，基于人體工程學原理進行了機械臂的設計，并采用磁流變電機與力矩電機串聯(lián)增加康復的安全性，同時對肌電信號、血氧飽和度等生理參數(shù)進行在線監(jiān)測；運用計算機網(wǎng)絡技術讓患者可根據(jù)康復醫(yī)師的遠程設定進行康復訓練；醫(yī)師同時監(jiān)控多個患者的康復訓練過程大大降低了對康復訓練醫(yī)師數(shù)量的需求；身臨其境的虛擬現(xiàn)實技術大大提高了康復訓練的積極性與效果。實驗表明，網(wǎng)絡化一對多遠程助老助殘康復機器人不僅有助于解決“患者多，治療師少”的問題，而且從患者角度出發(fā)使得康復訓練更加人性化，集多項生理信息檢測為一體，可幫助康復醫(yī)師做出更為客觀的康復評價，從而采取更加合理有效的康復治療方案。
- 詳細介紹：
- 我國殘障人數(shù)總計約6700萬，是世界殘障者最多的國家。此外，我國65歲以上的老年人口占全國人口總數(shù)的11%以上，并有持續(xù)增長的趨勢，預計到2010年將超過2億。而我國現(xiàn)在的康復治療師基數(shù)卻僅有5460人。面對如此大的供需差距，我國“到2015年殘疾人人人享有康復”的戰(zhàn)略目標面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡化一對多遠程助老助殘康復機器人的研制不僅有助于解決“患者多，治療師少”的問題，而且從患者角度出發(fā)使得康復訓練更加人性化，集多項生理信息檢測為一體，可幫助康復醫(yī)師做出更為客觀的康復評價，從而采取更加合理有效的康復治療方案。 本作品集上肢康復和下肢康復為一體，基于人體工程學原理進行了機械臂的設計，并采用磁流變電機與力矩電機串聯(lián)增加康復的安全性，同時對肌電信號、血氧飽和度等生理參數(shù)進行在線監(jiān)測；運用計算機網(wǎng)絡技術讓患者可根據(jù)康復醫(yī)師的遠程設定進行康復訓練；醫(yī)師同時監(jiān)控多個患者的康復訓練過程大大降低了對康復訓練醫(yī)師數(shù)量的需求；身臨其境的虛擬現(xiàn)實技術大大提高了康復訓練的積極性與效果。實驗表明我們所研制的網(wǎng)絡化一對多遠程助老助殘康復機器人系統(tǒng)具有良好的適用性和有效性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的：針對目前康復機器人存在的問題，解決 “患者多，治療師少，就診難”的矛盾，實現(xiàn)“到2015年殘疾人人人享有康復”的戰(zhàn)略目標。 設計思路：設計目標是建立一套完整的康復治療系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先能夠為神經(jīng)損傷患者提供康復訓練和相關治療，其次在訓練過程中提取患者的某些與康復緊密相關的體征信息，將數(shù)據(jù)傳送并存儲到數(shù)據(jù)庫中，醫(yī)師端通過這些數(shù)據(jù)對康復做出評價，并針對病情實時調(diào)整優(yōu)化治療方案，最后將調(diào)整后的方案實施到康復訓練中，完成一個閉環(huán)康復治療體系。 創(chuàng)新點：1一臺機器人上使用簡單小巧的機構同時實現(xiàn)上下肢的康復訓練。2流變電機和力矩電機的組合充分保證了康復訓練的安全。3康復機器人除具備康復訓練功能外，肌電信號及血氧飽和度的實時監(jiān)控還可將患者的病情反饋和康復評價集于一體。4充分考慮到患者有盲人，聾啞人等，人機接口采用了多媒體方式。5利用網(wǎng)絡化遙操作技術，康復機器人可用于養(yǎng)老院、家庭，而不再局限于醫(yī)院。6一對多監(jiān)控模式解決了“患者多，治療師少”的矛盾。7多款康復游戲的設計，使患者輕松愉悅的完成康復訓練。 關鍵技術：1同時實現(xiàn)上下肢的康復訓練。2基于人體工程學原理的機械結(jié)構設計及平穩(wěn)可靠的驅(qū)動技術。3采用流變電機產(chǎn)生安全可靠的阻尼力。4將患者的病情反饋和康復評價集于一體。5遙操作機器人技術的引入。6一對多的康復訓練模式。7生動的虛擬現(xiàn)實游戲改善了乏味的康復訓練。 技術指標：機械臂最高轉(zhuǎn)速：154轉(zhuǎn)/分；機械臂擺動范圍：±90°；扭矩傳感器精度：0.5%；位置傳感器精度：0.1%。
科學性、先進性
- 1 基于人體生理學原理的機構設計：?系統(tǒng)從硬軟件兩方面雙重保障，避免對患肢造成二次傷害； ?設計過程中，盡量保證機構的運動軌跡和工作空間與人體患肢做康復訓練時的軌跡和空間一致；?機構上設計了可伸縮的機械臂及升降平臺可滿足不同身高的患者；?本系統(tǒng)添加有固定患肢的裝置且與患肢接觸部位有相似結(jié)構，并具一定的靈活性和柔軟度，增加了訓練舒適度。2 磁流變電機+力矩電機提高安全性。3上肢康復和下肢康復結(jié)合為一體，機構設計簡單，造價低廉，適合家庭和社區(qū)醫(yī)院購買。4康復訓練環(huán)境的改善：從心理學上講一個放松、舒適、熟悉的環(huán)境更有利于患者的康復治療和功能恢復。本作品適用于家庭配備，患者可以在家里進行康復訓練，通過網(wǎng)絡即可與醫(yī)生實時交流。5康復訓練的趣味性提高：利用虛擬現(xiàn)實技術完成游戲的設計，并與康復訓練相關聯(lián)。臨床試驗表明，醫(yī)療康復訓練中使用游戲，可以將運動療法和心里治療有機地結(jié)合在一起，極大的提高了康復訓練效果。6利用本作品醫(yī)師可以同時對不同地區(qū)的多個患者進行康復訓練，節(jié)省了大量人力物力。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- XX大學第十三屆大學生課外學術科技作品競賽特等獎
作品所處階段
- 中試階段
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 待定
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示；實物、產(chǎn)品；圖片；錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術特點和優(yōu)勢：1基于人體工程學原理的機械設計及平穩(wěn)可靠的驅(qū)動技術使康復訓練更具安全舒適性。2一臺康復機器人上使用簡單小巧的機構設計同時實現(xiàn)了上下肢的康復訓練。3磁流變電機作為一種無源力發(fā)生器，產(chǎn)生阻尼訓練模式下需要的阻尼力；而力矩電機完成主被動和助力模式。兩種電機的組合充分保證了康復訓練的安全。4除了具備康復訓練功能外，還可將患者的病情反饋和康復評價集于一體。肌電信號的檢測以及體溫、脈搏、血氧飽和度等的實時監(jiān)控可以更科學有效的對患者進行康復訓練。5網(wǎng)絡化遙操作機器人技術把傳統(tǒng)的患者醫(yī)師面對面的康復訓練變?yōu)檫h程康復訓練，康復訓練儀可用于養(yǎng)老院、社區(qū)醫(yī)院、家庭，而不再局限于醫(yī)院。6一對多遠程監(jiān)控模式使得一位醫(yī)師可同時監(jiān)控多個患者，解決了“患者多，治療師少”的矛盾。7幾款游戲界面的設計，可滿足不同患者及患者不同康復階段的需求，使患者擺脫了枯燥乏味的訓練過程。 適用范圍和推廣前景：針對廣大肢體殘障患者，并已經(jīng)在中大醫(yī)院和南京市社會兒童福利院進行了多次試用，得到了患者和醫(yī)生的廣泛好評。
同類課題研究水平概述
- 近年來，西方許多國家都進行專門立項投資，積極開展康復機器人方面的研究，如早期法國CEA公司開發(fā)的MASTER系統(tǒng)，美國Oxford Intelligent Machines開發(fā)的RAID系統(tǒng)等。日本東京大學的S.Tachi教授在MIT日本實驗室工作時開發(fā)了一個移動式康復機器人MELDOG,作為“導盲狗”。2000年，Rutgers和Stanford醫(yī)院研制了一套家用康復一路機器人系統(tǒng)，由一個帶由圖形的加速器的PC機、一個追蹤器和一個多功能觸覺控制界面組成，利用WorldToolKit軟件構建了虛擬環(huán)境并進行虛擬康復路徑規(guī)劃，遠程計算機通過Internet連接。2001年，David Jack等設計實現(xiàn)了一套基于PC的虛擬環(huán)境現(xiàn)實增強系統(tǒng)，利用CyberGlove和Rutgers Master II_ND力反饋手套作為輸入設備，實現(xiàn)用戶和虛擬環(huán)境的交互。2005年瑞士的Mihelj等人研制的手臂康復機器人——ARMin。其采用不完全外骨骼結(jié)果，使得肩部的安裝誤差不會給人的手臂帶來壓力。機器人有六個自由度，配有力傳感器和位移傳感器，安全性高。 目前,國內(nèi)在該領域進行研究的主要有清華大學、東南大學、上海交通大學、等。其中, 上海交大和復旦大學合作展開了“神經(jīng)的運動控制與控制信息源的研究”。其研究目的是提取神經(jīng)信息來控制電子假手。清華大學從2000年起即開展了機器人輔助神經(jīng)康復的研究，研制了上肢康復設備UECM，可以在平面內(nèi)進行兩自由度的運行訓練。東南大學從2004年起也開展了康復機器人技術的研究，研制出多自由度力覺輔助遠程康復訓練機器人。它采用并行連桿機構，具有機械結(jié)構簡單，成本低廉，功能齊全，適應性強的特點。但同時也存在缺乏準確的康復反饋參數(shù)，遠程康復只能一對一，并行連桿機構的運動控制易產(chǎn)生誤差以及患者的安全性能沒有保障等缺點。國內(nèi)其他相關企業(yè)及研究所要么技術力量薄弱，要么沒有將相關技術應用于康復機器人，因此國內(nèi)市場上的康復器材還比較簡單，主要是浙江的一些民營企業(yè)對上述國外產(chǎn)品的仿制產(chǎn)品，其質(zhì)量和技術水平低劣，存在運動定位精度低、作用力難以控制的嚴重缺點，因此不受醫(yī)院和用戶的歡迎。 整體上說，在我國，康復醫(yī)學工程雖然得到了普遍重視，但康復機器人研究仍處于起步階段，現(xiàn)階段的康復器械遠遠沒有達到智能化，人機工程化，所以在提高病人的積極性和康復效率上還有很大不足。
