基本信息
- 项目名称：
- 网络化一对多远程助老助残康复机器人
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品集上肢康复和下肢康复为一体，基于人体工程学原理进行了机械臂的设计，并采用磁流变电机与力矩电机串联增加康复的安全性，同时对肌电信号、血氧饱和度等生理参数进行在线监测；运用计算机网络技术让患者可根据康复医师的远程设定进行康复训练；医师同时监控多个患者的康复训练过程大大降低了对康复训练医师数量的需求；身临其境的虚拟现实技术大大提高了康复训练的积极性与效果。实验表明，网络化一对多远程助老助残康复机器人不仅有助于解决“患者多，治疗师少”的问题，而且从患者角度出发使得康复训练更加人性化，集多项生理信息检测为一体，可帮助康复医师做出更为客观的康复评价，从而采取更加合理有效的康复治疗方案。
- 详细介绍：
- 我国残障人数总计约6700万，是世界残障者最多的国家。此外，我国65岁以上的老年人口占全国人口总数的11%以上，并有持续增长的趋势，预计到2010年将超过2亿。而我国现在的康复治疗师基数却仅有5460人。面对如此大的供需差距，我国“到2015年残疾人人人享有康复”的战略目标面临着严峻的挑战。网络化一对多远程助老助残康复机器人的研制不仅有助于解决“患者多，治疗师少”的问题，而且从患者角度出发使得康复训练更加人性化，集多项生理信息检测为一体，可帮助康复医师做出更为客观的康复评价，从而采取更加合理有效的康复治疗方案。 本作品集上肢康复和下肢康复为一体，基于人体工程学原理进行了机械臂的设计，并采用磁流变电机与力矩电机串联增加康复的安全性，同时对肌电信号、血氧饱和度等生理参数进行在线监测；运用计算机网络技术让患者可根据康复医师的远程设定进行康复训练；医师同时监控多个患者的康复训练过程大大降低了对康复训练医师数量的需求；身临其境的虚拟现实技术大大提高了康复训练的积极性与效果。实验表明我们所研制的网络化一对多远程助老助残康复机器人系统具有良好的适用性和有效性。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：针对目前康复机器人存在的问题，解决 “患者多，治疗师少，就诊难”的矛盾，实现“到2015年残疾人人人享有康复”的战略目标。 设计思路：设计目标是建立一套完整的康复治疗系统，该系统首先能够为神经损伤患者提供康复训练和相关治疗，其次在训练过程中提取患者的某些与康复紧密相关的体征信息，将数据传送并存储到数据库中，医师端通过这些数据对康复做出评价，并针对病情实时调整优化治疗方案，最后将调整后的方案实施到康复训练中，完成一个闭环康复治疗体系。 创新点：1一台机器人上使用简单小巧的机构同时实现上下肢的康复训练。2流变电机和力矩电机的组合充分保证了康复训练的安全。3康复机器人除具备康复训练功能外，肌电信号及血氧饱和度的实时监控还可将患者的病情反馈和康复评价集于一体。4充分考虑到患者有盲人，聋哑人等，人机接口采用了多媒体方式。5利用网络化遥操作技术，康复机器人可用于养老院、家庭，而不再局限于医院。6一对多监控模式解决了“患者多，治疗师少”的矛盾。7多款康复游戏的设计，使患者轻松愉悦的完成康复训练。 关键技术：1同时实现上下肢的康复训练。2基于人体工程学原理的机械结构设计及平稳可靠的驱动技术。3采用流变电机产生安全可靠的阻尼力。4将患者的病情反馈和康复评价集于一体。5遥操作机器人技术的引入。6一对多的康复训练模式。7生动的虚拟现实游戏改善了乏味的康复训练。 技术指标：机械臂最高转速：154转/分；机械臂摆动范围：±90°；扭矩传感器精度：0.5%；位置传感器精度：0.1%。
科学性、先进性
- 1 基于人体生理学原理的机构设计：系统从硬软件两方面双重保障，避免对患肢造成二次伤害； 设计过程中，尽量保证机构的运动轨迹和工作空间与人体患肢做康复训练时的轨迹和空间一致；机构上设计了可伸缩的机械臂及升降平台可满足不同身高的患者；本系统添加有固定患肢的装置且与患肢接触部位有相似结构，并具一定的灵活性和柔软度，增加了训练舒适度。2 磁流变电机+力矩电机提高安全性。3上肢康复和下肢康复结合为一体，机构设计简单，造价低廉，适合家庭和社区医院购买。4康复训练环境的改善：从心理学上讲一个放松、舒适、熟悉的环境更有利于患者的康复治疗和功能恢复。本作品适用于家庭配备，患者可以在家里进行康复训练，通过网络即可与医生实时交流。5康复训练的趣味性提高：利用虚拟现实技术完成游戏的设计，并与康复训练相关联。临床试验表明，医疗康复训练中使用游戏，可以将运动疗法和心里治疗有机地结合在一起，极大的提高了康复训练效果。6利用本作品医师可以同时对不同地区的多个患者进行康复训练，节省了大量人力物力。
获奖情况及鉴定结果
- XX大学第十三届大学生课外学术科技作品竞赛特等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 待定
作品可展示的形式
- 现场演示；实物、产品；图片；录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：1基于人体工程学原理的机械设计及平稳可靠的驱动技术使康复训练更具安全舒适性。2一台康复机器人上使用简单小巧的机构设计同时实现了上下肢的康复训练。3磁流变电机作为一种无源力发生器，产生阻尼训练模式下需要的阻尼力；而力矩电机完成主被动和助力模式。两种电机的组合充分保证了康复训练的安全。4除了具备康复训练功能外，还可将患者的病情反馈和康复评价集于一体。肌电信号的检测以及体温、脉搏、血氧饱和度等的实时监控可以更科学有效的对患者进行康复训练。5网络化遥操作机器人技术把传统的患者医师面对面的康复训练变为远程康复训练，康复训练仪可用于养老院、社区医院、家庭，而不再局限于医院。6一对多远程监控模式使得一位医师可同时监控多个患者，解决了“患者多，治疗师少”的矛盾。7几款游戏界面的设计，可满足不同患者及患者不同康复阶段的需求，使患者摆脱了枯燥乏味的训练过程。 适用范围和推广前景：针对广大肢体残障患者，并已经在中大医院和南京市社会儿童福利院进行了多次试用，得到了患者和医生的广泛好评。
同类课题研究水平概述
- 近年来，西方许多国家都进行专门立项投资，积极开展康复机器人方面的研究，如早期法国CEA公司开发的MASTER系统，美国Oxford Intelligent Machines开发的RAID系统等。日本东京大学的S.Tachi教授在MIT日本实验室工作时开发了一个移动式康复机器人MELDOG,作为“导盲狗”。2000年，Rutgers和Stanford医院研制了一套家用康复一路机器人系统，由一个带由图形的加速器的PC机、一个追踪器和一个多功能触觉控制界面组成，利用WorldToolKit软件构建了虚拟环境并进行虚拟康复路径规划，远程计算机通过Internet连接。2001年，David Jack等设计实现了一套基于PC的虚拟环境现实增强系统，利用CyberGlove和Rutgers Master II_ND力反馈手套作为输入设备，实现用户和虚拟环境的交互。2005年瑞士的Mihelj等人研制的手臂康复机器人——ARMin。其采用不完全外骨骼结果，使得肩部的安装误差不会给人的手臂带来压力。机器人有六个自由度，配有力传感器和位移传感器，安全性高。 目前,国内在该领域进行研究的主要有清华大学、东南大学、上海交通大学、等。其中, 上海交大和复旦大学合作展开了“神经的运动控制与控制信息源的研究”。其研究目的是提取神经信息来控制电子假手。清华大学从2000年起即开展了机器人辅助神经康复的研究，研制了上肢康复设备UECM，可以在平面内进行两自由度的运行训练。东南大学从2004年起也开展了康复机器人技术的研究，研制出多自由度力觉辅助远程康复训练机器人。它采用并行连杆机构，具有机械结构简单，成本低廉，功能齐全，适应性强的特点。但同时也存在缺乏准确的康复反馈参数，远程康复只能一对一，并行连杆机构的运动控制易产生误差以及患者的安全性能没有保障等缺点。国内其他相关企业及研究所要么技术力量薄弱，要么没有将相关技术应用于康复机器人，因此国内市场上的康复器材还比较简单，主要是浙江的一些民营企业对上述国外产品的仿制产品，其质量和技术水平低劣，存在运动定位精度低、作用力难以控制的严重缺点，因此不受医院和用户的欢迎。 整体上说，在我国，康复医学工程虽然得到了普遍重视，但康复机器人研究仍处于起步阶段，现阶段的康复器械远远没有达到智能化，人机工程化，所以在提高病人的积极性和康复效率上还有很大不足。
