目前人口老齡化日趨嚴(yán)重是全球工業(yè)化國(guó)家普遍面臨的問(wèn)題兼峻。2019 年中國(guó)60歲以上人口比重達(dá)到17.3%占卧，65歲以上人口比重達(dá)到11.4%涣觉。根據(jù)預(yù)測(cè)贵涵，中國(guó)60歲以上老年人口數(shù)量將在2050年左右達(dá)到高峰列肢，約4.8億人。

人口的老齡化加速及壽命的延長(zhǎng)致使老齡化人群四肢的肌力衰退進(jìn)而導(dǎo)致活動(dòng)能力下降宾茂，而且伴隨著心腦血管疾病的發(fā)病率提高瓷马，其主要典型病癥就是腦卒中與脊髓損傷等，都導(dǎo)致肢體殘疾跨晴，增加了殘疾人的數(shù)量牢星。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球中低收入國(guó)家發(fā)生中風(fēng)的比例為70%里捌，居民腦卒中標(biāo)化患病率由2012年的1.89%上升至2016年的2.19%隐鬼。其中絕大部分病患為超過(guò)65歲的老人，但也有研究表明型吃，發(fā)病年齡層級(jí)正在下降柱丐。

腦卒中是中樞神經(jīng)性運(yùn)動(dòng)障礙腌径，對(duì)此的有效治療方法是通過(guò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)受損中樞神經(jīng)的康復(fù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體的有效康復(fù)凉危。上肢關(guān)節(jié)復(fù)雜程度較高笔骏，恢復(fù)周期長(zhǎng)，需要長(zhǎng)期重復(fù)的康復(fù)訓(xùn)練粮森，理療師進(jìn)行患者訓(xùn)練的康復(fù)成本較高且需專(zhuān)業(yè)康復(fù)機(jī)構(gòu)訓(xùn)練室拿。康復(fù)機(jī)器人對(duì)患者能夠進(jìn)行高效的重復(fù)康復(fù)訓(xùn)練拢宛，因此康復(fù)機(jī)器人成為解決目前困境的一種重要技術(shù)手段磺穷，具有極好的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值。根據(jù)中投顧問(wèn)的預(yù)測(cè)渤昌，康復(fù)機(jī)器人在中國(guó)的市場(chǎng)將在2021年達(dá)18億美元虽抄。

末端牽引式康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人

上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人有多種分類(lèi)方法，如按照自由度劃分可以分為單自由度独柑、雙自由度迈窟、三自由度和多自由度機(jī)器人;按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以劃分為本地康復(fù)機(jī)器人、遠(yuǎn)程康復(fù)機(jī)器人和基于虛擬環(huán)境的康復(fù)機(jī)器人忌栅。按照不同的支撐方式區(qū)分方式分為外骨骼式和末端牽引式上肢康復(fù)機(jī)器人车酣。

末端牽引式康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人以普通連桿機(jī)構(gòu)或者串聯(lián)機(jī)械結(jié)構(gòu)為主體機(jī)構(gòu)，通過(guò)末端執(zhí)行器同人體手臂固連索绪，牽引人體上肢進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練骇径，以機(jī)器人的末端運(yùn)動(dòng)規(guī)劃調(diào)整患者的康復(fù)訓(xùn)練模式。其中者春，機(jī)器人關(guān)節(jié)與人體關(guān)節(jié)并無(wú)固定匹配關(guān)系破衔，患者只需手部同機(jī)械手臂末端連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單钱烟，安裝方便晰筛，其在安裝使用上有著外骨骼式機(jī)器人無(wú)可比擬的簡(jiǎn)易優(yōu)勢(shì)。

NeReBot機(jī)器人

意大利帕多瓦大學(xué)Rosati等于2007年設(shè)計(jì)了3-DOF的NeReBot機(jī)器人(圖12)昆颇，通過(guò)3個(gè)獨(dú)立電機(jī)進(jìn)行繩索驅(qū)動(dòng)镐怔，實(shí)現(xiàn)上肢的末端牽引。其驅(qū)動(dòng)方式阻尼小侣赘，控制靈活性高NeReBot機(jī)器人采用的繩索式簡(jiǎn)易機(jī)械結(jié)構(gòu)保證安全性麦葱，在低自由度數(shù)量及空間性能之間取得良好平衡。

3-DOF上肢康復(fù)機(jī)器人

英國(guó)利茲大學(xué)Jackson等設(shè)計(jì)了一款智能氣動(dòng)手臂康復(fù)(intelligent pneumatic arm movement频澜，iPAM)的3-DOF上肢康復(fù)機(jī)器人(圖13)盖础，其具有雙附著點(diǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，與其配合的iPAM Mk Ⅱ系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互试授，輔助患者通過(guò)矯形器的牽引輔助完成上肢的各關(guān)節(jié)的復(fù)合康復(fù)運(yùn)動(dòng)伶肚。

2-DOF上肢康復(fù)機(jī)器人

UECM是清華大學(xué)設(shè)計(jì)的2-DOF上肢康復(fù)機(jī)器人(圖14)闭廊，是中國(guó)較早的末端牽引式康復(fù)機(jī)器人，能夠在2D平面上實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)侄含，其康復(fù)系統(tǒng)具有主動(dòng)模式典义、被動(dòng)模式及助力模式的多種訓(xùn)練模式。

Burt上肢康復(fù)機(jī)器人

Burt上肢康復(fù)機(jī)器人誕生于波士頓褒醒，源自列入吉尼斯世界記錄的WAM機(jī)械手藕各，與芝加哥康復(fù)中心、Spaulding康復(fù)醫(yī)院合作開(kāi)發(fā)而成焦除。也是國(guó)內(nèi)首款末端驅(qū)動(dòng)式三維上肢康復(fù)機(jī)器人激况。Burt有符合人體力學(xué)的三自由度機(jī)械臂，可實(shí)現(xiàn)全周期患者的三維方向的肩踢京、肘關(guān)節(jié)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，它通過(guò)柔順的鋼繩傳動(dòng)系統(tǒng)宦棺、力反饋算法搭配伺服電機(jī)多點(diǎn)控制系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)良好的反向可驅(qū)動(dòng)性,使設(shè)備更柔順瓣距，無(wú)卡頓。確贝蹋患者訓(xùn)練的安全性并帶來(lái)出眾的交互體驗(yàn)蹈丸。

末端牽引式康復(fù)機(jī)器人開(kāi)發(fā)較早，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單呐芥、便于應(yīng)用的特點(diǎn)使其較早用于臨床逻杖，在東南大學(xué)、哈爾濱理工大學(xué)思瘟、中山大學(xué)等對(duì)末端牽引式康復(fù)機(jī)器人控制荸百、結(jié)構(gòu)等方面都有相應(yīng)的研究。

隨著對(duì)康復(fù)醫(yī)療的更高水平需求耻胖，最初的開(kāi)環(huán)式工業(yè)機(jī)械臂的康復(fù)機(jī)器人已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前的患者需求债竖，其需要更加智能、靈活肌顾、輕便的輔助患者訓(xùn)練姨猖。因此對(duì)于多自由度混聯(lián)機(jī)構(gòu)、柔性關(guān)節(jié)連接冕盅、智能化人機(jī)交互等方面是上肢康復(fù)機(jī)器人發(fā)展的重要方向漆逐。綜上所述，上肢康復(fù)機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如下:

(1)從低自由度向高自由度發(fā)展宇颊。目前臨床應(yīng)用的串聯(lián)式康復(fù)機(jī)器人撬替，其自由度低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單传悍、康復(fù)訓(xùn)練模式單一防苗，無(wú)法滿(mǎn)足不同用戶(hù)復(fù)雜的訓(xùn)練需要羽址。單一的康復(fù)訓(xùn)練模式其訓(xùn)練效果無(wú)法達(dá)到最佳適應(yīng)。發(fā)展更高自由度的康復(fù)機(jī)器人是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一谋旦。以并聯(lián)機(jī)構(gòu)代替串聯(lián)機(jī)構(gòu)剩失，更好地輔助人體上肢的康復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成多種軌跡運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練模式册着，充分對(duì)上肢各部分肌力激勵(lì)拴孤，實(shí)現(xiàn)高效率的康復(fù)訓(xùn)練。多自由度的康復(fù)機(jī)械臂未來(lái)滿(mǎn)足上肢的復(fù)雜活動(dòng)鍛煉甲捏，是重要的發(fā)展方向演熟。

(2)從傳統(tǒng)材料向新型輕質(zhì)材料發(fā)展。目前康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)本體多以金屬司顿、合金等傳統(tǒng)材料為主芒粹，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)支撐條件的情況下，其運(yùn)動(dòng)慣性大溜、重力阻尼大化漆，影響系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致機(jī)器噪聲及不穩(wěn)定性增大钦奋。過(guò)于笨重的體積影響患者的舒適感座云，對(duì)康復(fù)治療不利，更會(huì)造成意外情況付材，影響患者的使用安全离春。因此康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要輕量化，采用新型輕質(zhì)材料如輕質(zhì)合金帜焰、復(fù)合材料等提高結(jié)構(gòu)的支撐效率集圈，以新型的輕質(zhì)材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料。保證機(jī)械結(jié)構(gòu)的支撐強(qiáng)度味爷，提高支撐效率肺致，又可降低系統(tǒng)慣性阻尼。新型輕質(zhì)材料的應(yīng)用將是康復(fù)機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展方向之一稍呛。

(3)從剛性關(guān)節(jié)向柔性關(guān)節(jié)發(fā)展哈涣。上肢康復(fù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)是傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。上肢康復(fù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)形成機(jī)器人的工作軌跡邀曲，帶動(dòng)人體上肢完成訓(xùn)練勺处。剛性關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)單一，與人體關(guān)節(jié)的融合程度不高撕拇，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)變形痪酸。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中易產(chǎn)生剛性沖擊。柔性關(guān)節(jié)能夠更好地?cái)M合康復(fù)機(jī)器人同人體的運(yùn)動(dòng)軌跡。采用彈性體等柔性材料有效吸收沖擊時(shí)的能量授嘀，減少?zèng)_擊物咳。目前基于人工肌肉、形狀記憶合金蹄皱、介電彈性體的軟體機(jī)器人览闰。柔性關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)下關(guān)節(jié)的自由度范圍更大，采用高精度的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上肢康復(fù)訓(xùn)練的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)巷折。柔性關(guān)節(jié)將是未來(lái)康復(fù)機(jī)器人的重要發(fā)展方向之一压鉴。

(4)從傳統(tǒng)控制方法向人工智能控制發(fā)展。傳統(tǒng)控制方法主要以機(jī)電系統(tǒng)的控制為主锻拘，控制算法及控制方式單一油吭。信號(hào)種類(lèi)及獲取方式少，有效地交互信息難以獲得署拟。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展婉宰。基于表面肌電信號(hào)以及腦電信號(hào)控制的上肢康復(fù)機(jī)器人不斷取得進(jìn)展推穷，實(shí)現(xiàn)人機(jī)直接的信息交互心包。傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)不斷被人機(jī)結(jié)合的智能控制技術(shù)代替。人工智能算法同康復(fù)機(jī)器人結(jié)合懊霹，促使康復(fù)機(jī)器人更加智能及安全地輔助患者康復(fù)訓(xùn)練冈瞪。友好的人機(jī)交互及智能控制技術(shù)踏旷，促使患者在訓(xùn)練時(shí)保持積極心態(tài)凹田。結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，患者的訓(xùn)練積極性會(huì)大大提高糜谒，擺脫單一的康復(fù)模式链坝。未來(lái)上肢康復(fù)機(jī)器人與人工智能結(jié)合將是必然的發(fā)展趨勢(shì)。

（埃斯頓醫(yī)療 ）

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