（1 東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院，南京，210096；2 東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京，210096；3 華中科技大學(xué)軟件學(xué)院，武漢，430074； 4 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，合肥，230031；5 常州市錢璟康復(fù)器材有限公司，江蘇常州，213164）

康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人
——保持健康體魄，安享幸福晚年

李會(huì)軍1，宋愛國1，費(fèi)樹岷2，胡雯薔3，宋全軍4，申林5

（1 東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院，南京，210096；
2 東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京，210096；
3 華中科技大學(xué)軟件學(xué)院，武漢，430074；
4 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，合肥，230031；5 常州市錢璟康復(fù)器材有限公司，江蘇常州，213164）

本系統(tǒng)通過遙操作機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)理論相結(jié)合，研制成功多款異構(gòu)型康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人樣機(jī)，輔助老年人等肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙人群進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，并構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)治療師可以同時(shí)監(jiān)視和控制多臺(tái)康復(fù)機(jī)器人對多個(gè)老人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。該系統(tǒng)以北京四季青敬老院和上海市第一福利院為平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用示范應(yīng)用，得到了較好的評價(jià)。

機(jī)器人，康復(fù)訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)化，遠(yuǎn)程監(jiān)控

1 背景

我國已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會(huì)，據(jù)世界衛(wèi)生組織預(yù)測，到2020年我國老年人口將達(dá)到2.5億以上，而老年人失能占全人口失能總數(shù)的49%，失能率達(dá)到19.5%。這給家庭和社會(huì)帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。為了幫助這些殘障者和肢體功能退化的老人提高生存質(zhì)量，國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，競相開展康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的研究并取得一些重要成果。美國NSF殘疾人項(xiàng)目部主任Jaeger在2006年年度研究報(bào)告中指出，為了從根本上提高殘疾人生活質(zhì)量，機(jī)器人研究基金資助的重點(diǎn)已由生活輔助機(jī)器人轉(zhuǎn)向康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的研究。

近年來，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遙操作機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，遙操作機(jī)器人技術(shù)逐漸在遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程手術(shù)、遠(yuǎn)程康復(fù)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化的康復(fù)機(jī)器人與康復(fù)治療師相比，在康復(fù)臨床應(yīng)用方面具有諸多潛在優(yōu)點(diǎn)，如：一方面，通過網(wǎng)絡(luò)控制，康復(fù)機(jī)器人能給患肢提供長期的、精確的、量化的運(yùn)動(dòng)刺激和引導(dǎo)，并記錄訓(xùn)練者在各個(gè)訓(xùn)練階段詳實(shí)的康復(fù)治療模式與參數(shù)、訓(xùn)練者對應(yīng)的生理數(shù)據(jù)或圖形信息，提供客觀、準(zhǔn)確的治療和評價(jià)參數(shù)，有助于醫(yī)師深入分析、研究康復(fù)治療模式與治療效果，設(shè)計(jì)合適的、個(gè)性化的康復(fù)訓(xùn)練方案；另一方面，醫(yī)師和訓(xùn)練者可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程一對多的康復(fù)訓(xùn)練，使社區(qū)和家庭康復(fù)醫(yī)療成為可能。與傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)相比，遠(yuǎn)程康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)無論對訓(xùn)練者和治療師都更為經(jīng)濟(jì)便利。

東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國科學(xué)院物質(zhì)科學(xué)研究院以及常州市錢璟康復(fù)器材有限公司聯(lián)合開展研究，針對我國康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域目前面臨的“康復(fù)治療師少而訓(xùn)練者眾多”的突出矛盾，研制成功網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人產(chǎn)品樣機(jī)，利用網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像和傳感器數(shù)據(jù)，使治療師能夠在控制中心同時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)老年人的康復(fù)訓(xùn)練過程，并根據(jù)不同老年人的情況在線調(diào)整康復(fù)訓(xùn)練方案，老年人則在治療師的遠(yuǎn)程指導(dǎo)下進(jìn)行康復(fù)鍛煉。

2 主要構(gòu)成與功能

本康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)主要開發(fā)構(gòu)建了一對三的遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)化體系。遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)主要有三大功能模塊：康復(fù)訓(xùn)練功能模塊、信息傳輸功能模塊以及遠(yuǎn)程康復(fù)監(jiān)控與評價(jià)模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

1）康復(fù)訓(xùn)練功能模塊

訓(xùn)練者端根據(jù)系統(tǒng)提供的治療方案可對老年人進(jìn)行四種模式的康復(fù)訓(xùn)練：被動(dòng)鍛煉模式、主動(dòng)鍛煉模式、阻尼鍛煉模式和助力鍛煉模式。在訓(xùn)練過程中，為了讓老年人了解自己訓(xùn)練相關(guān)信息，同時(shí)將這些信息和康復(fù)評價(jià)的數(shù)據(jù)（運(yùn)動(dòng)和生理信息）發(fā)送到康復(fù)醫(yī)師端，機(jī)器人應(yīng)在訓(xùn)練患肢的過程中將有關(guān)信息和數(shù)據(jù)檢測出，以便顯示給老年人或發(fā)送并存儲(chǔ)到康復(fù)醫(yī)師端的數(shù)據(jù)庫中。

2）遠(yuǎn)程康復(fù)監(jiān)控與評價(jià)模塊

根據(jù)康復(fù)訓(xùn)練功能模塊存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，通過與以前數(shù)據(jù)的比較，系統(tǒng)對老年人的康復(fù)做出新的評價(jià)，在必要時(shí)調(diào)整和優(yōu)化治療方案，并將新的治療方案發(fā)送到訓(xùn)練者客戶端，在康復(fù)訓(xùn)練功能模塊中付諸實(shí)施。

3）信息傳輸功能模塊

根據(jù)康復(fù)訓(xùn)練功能模塊提取的信息，將其中部分信息以直觀的多媒體方式顯示給老年人，使老年人能夠?qū)崟r(shí)地了解到自己康復(fù)的程度、訓(xùn)練完成的好壞等等，并將檢測到的數(shù)據(jù)信息以及音視頻信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到治療師端（服務(wù)器）。

2.1 康復(fù)訓(xùn)練功能模塊

訓(xùn)練端康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)獲取病人鍛煉的視頻和語音信息，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)往醫(yī)生端的計(jì)算機(jī)，醫(yī)生根據(jù)病人端反饋的圖像和數(shù)據(jù)，判斷病人的康復(fù)情況，并通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程設(shè)置康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)，如：主/被動(dòng)訓(xùn)練模式、機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)范圍、運(yùn)動(dòng)速度、牽引力或阻尼力的大小等。其中，訓(xùn)練端康復(fù)鍛煉系統(tǒng)由機(jī)械臂、傳感器、電機(jī)、磁流變阻尼器、測控電路以及計(jì)算機(jī)組成。與機(jī)械臂串聯(lián)的位置傳感器和力傳感器將檢測到的運(yùn)動(dòng)和力信號(hào)首先經(jīng)調(diào)理放大送入測控電路，后經(jīng)單片機(jī)預(yù)處理通過USB接口送入訓(xùn)練端計(jì)算機(jī)，訓(xùn)練端計(jì)算機(jī)則將這些信號(hào)與醫(yī)生遠(yuǎn)程設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，采用一定的控制算法，發(fā)出控制指令，該指令通過USB接口送給測控電路，控制電機(jī)工作，從而控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)和牽引力/阻尼力。

康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人采用本課題研制的異構(gòu)式機(jī)構(gòu)，可以幫助訓(xùn)練者進(jìn)行上下肢主/被動(dòng)模式訓(xùn)練，如圖 2所示。生理信息模塊可以檢測脈搏、血氧、呼吸、肌電和肌張力等，對生理信息的采集是可裁剪的，醫(yī)師可以指導(dǎo)某位病人需要采集哪幾樣信息或是否采集生理信息。其中，脈搏通過HK2000B測量，血氧可以通過光電監(jiān)測指尖的透光率測量，呼吸可以通過溫敏傳感器測量，肌電通過電極片采集，肌張力可通過壓電陶瓷來測量，測量的結(jié)果可以通過藍(lán)牙模塊傳遞到訓(xùn)練者控制端。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化一對多遠(yuǎn)程助老助殘康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)架圖

圖2 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的多種異構(gòu)型康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人

訓(xùn)練者客戶控制端主要由一臺(tái)具有網(wǎng)絡(luò)接口的微機(jī)組成。主要功能有：機(jī)器人控制單元、本地通信單元（藍(lán)牙）、游戲單元、視頻音頻單元、網(wǎng)絡(luò)接口單元、人機(jī)交互單元等。機(jī)器人控制單元主要負(fù)責(zé)ADC采樣、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換等；本地通信單元?jiǎng)t表現(xiàn)為與生理信息采集模塊與控制端可以進(jìn)行藍(lán)牙點(diǎn)對點(diǎn)通信；游戲單元為用OpenGL編寫的康復(fù)訓(xùn)練小游戲（籃子接球）；視頻音頻單元包括對攝像頭的驅(qū)動(dòng)、圖像采集存儲(chǔ)和顯示；網(wǎng)絡(luò)接口單元負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)的傳輸；人機(jī)交互單元負(fù)責(zé)顯示屏和觸摸屏的驅(qū)動(dòng)和顯示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 3所示。

圖3 康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)中客戶端組成結(jié)構(gòu)框圖

為了防止訓(xùn)練過程中的二次損傷，研究了適用于康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的流變式無源電機(jī)研制及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對流變材料的阻尼力特性進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究，建立流變特性模型，在此基礎(chǔ)上研制流變式無源電機(jī)，設(shè)計(jì)了安全、穩(wěn)定、可靠的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在老人或殘障者進(jìn)行主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練過程中，該電機(jī)采用被動(dòng)力反饋輸出的方式提供可控的阻尼力，提高了康復(fù)訓(xùn)練的安全性，圖 4顯示了磁流變電機(jī)在康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人中的應(yīng)用。訓(xùn)練者客戶端主要交互信息包括本地的視頻信息、生理信息和相關(guān)訓(xùn)練信息、康復(fù)機(jī)器人控制命令以及主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲。

圖4 磁流變電機(jī)在康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)中的應(yīng)用

客戶端利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建了友好的人機(jī)交互界面，包括視頻窗口、控制選擇、相關(guān)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的顯示以及康復(fù)游戲和音視頻聊天等功能。在康復(fù)游戲中，訓(xùn)練者通過控制康復(fù)機(jī)器人機(jī)械手臂控制游戲中的物體（汽車或籃子）運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練者和虛擬環(huán)境的視覺和力覺交互，增加了訓(xùn)練者康復(fù)訓(xùn)練的趣味性，如圖 5所示。

圖 5 康復(fù)訓(xùn)練客戶端虛擬游戲界面

為了檢測康復(fù)訓(xùn)練過程中的運(yùn)動(dòng)相關(guān)信息，訓(xùn)練者客戶端還包含表面肌電、腦電、血?jiǎng)恿W(xué)等運(yùn)動(dòng)相關(guān)信息的檢測儀器，可以檢測包括人機(jī)交互力、運(yùn)動(dòng)速度、肌電、肌張力、血?jiǎng)恿W(xué)、運(yùn)動(dòng)呼吸氣體等六類生理信息通過網(wǎng)絡(luò)將檢測的運(yùn)動(dòng)和生理參數(shù)反饋到治療師端，以數(shù)據(jù)或曲線的形式顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)存入服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫。圖 6顯示了生理信息檢測模塊的實(shí)現(xiàn)框圖。

圖 6生理信息檢測模塊

2.2 遠(yuǎn)程康復(fù)監(jiān)控與評價(jià)模塊

遠(yuǎn)程康復(fù)監(jiān)控與評價(jià)模塊設(shè)置在醫(yī)師服務(wù)器端，該服務(wù)器需要提供數(shù)據(jù)庫支持和網(wǎng)絡(luò)接口，支持視頻監(jiān)控。本系統(tǒng)中的醫(yī)師服務(wù)器為每個(gè)用戶建立電子病歷，提供電子查詢功能，無論用戶在哪臺(tái)終端（康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人）上鍛煉，只要身份識(shí)別有效，就可以繼續(xù)前次鍛煉的設(shè)定或給出定制計(jì)劃。當(dāng)某位訓(xùn)練者需要就醫(yī)或康復(fù)鍛煉時(shí)，可以通過網(wǎng)絡(luò)登入遠(yuǎn)程的醫(yī)師服務(wù)器，醫(yī)師服務(wù)器通過訓(xùn)練者輸入的賬號(hào)密碼調(diào)取已經(jīng)存儲(chǔ)在服務(wù)器上的訓(xùn)練者的病例，通過分析此數(shù)據(jù)和觀察當(dāng)前訓(xùn)練者端傳過來的視頻等信息，醫(yī)師給出康復(fù)鍛煉意見或指定康復(fù)鍛煉模式。如圖 7為遠(yuǎn)程康復(fù)監(jiān)控與評價(jià)模塊的實(shí)現(xiàn)功能框圖。

圖 7 遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)化交互系統(tǒng)功能框圖

治療師可以在服務(wù)器端通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控到老人/殘障者的康復(fù)訓(xùn)練情況，主要包括訓(xùn)練者的視頻信息、運(yùn)動(dòng)信息和生理信息的數(shù)值顯示和圖形化顯示、康復(fù)機(jī)器人工作狀態(tài)、訓(xùn)練控制命令以及訓(xùn)練者個(gè)人基本信息和訓(xùn)練信息的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、查詢、修改、刪除等操作。

治療師端（服務(wù)器）的交互界面主要包括服務(wù)器設(shè)置部分、訓(xùn)練者的視頻顯示、相關(guān)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)值顯示以及訓(xùn)練控制選項(xiàng)窗口。監(jiān)測的生理參數(shù)等信息可以在數(shù)值顯示和曲線顯示之間進(jìn)行切換，為治療師提供直觀的信息反饋，如圖8所示。

圖8 治療師監(jiān)控端工作界面

2.3 通信模塊

本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信主要使用的是TCP/IP協(xié)議。在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，可以是在一臺(tái)機(jī)器上執(zhí)行一部分功能，在另一臺(tái)機(jī)器上執(zhí)行另一部分功能，這兩部分功能整體構(gòu)成一個(gè)完整的應(yīng)用程序?？蛻魴C(jī)/服務(wù)器模式（Client/ Server，C/S）是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)進(jìn)程間相互作用的主要模式。本系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式實(shí)現(xiàn)多個(gè)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人與治療師之間的信息通信。

2.3.1 控制命令網(wǎng)絡(luò)通信

康復(fù)訓(xùn)練的控制命令包括模式和等級兩部分，模式分為停止、主動(dòng)和被動(dòng)，等級分為簡單、一般、有點(diǎn)難度、很有難度四級。

為了防止數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤而致機(jī)械手臂控制錯(cuò)誤，進(jìn)而對訓(xùn)練者造成二次傷害，當(dāng)康復(fù)醫(yī)生端發(fā)送控制參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)采用了多次發(fā)送并回執(zhí)驗(yàn)證的機(jī)制。服務(wù)器設(shè)置康復(fù)模式和參數(shù)后，系統(tǒng)連續(xù)三次重復(fù)發(fā)送，客戶端判斷三次數(shù)據(jù)是否相同，并向服務(wù)器端發(fā)送回執(zhí)數(shù)據(jù)。如果回執(zhí)數(shù)據(jù)與設(shè)置的實(shí)際數(shù)據(jù)一致，則客戶端控制機(jī)械臂執(zhí)行既定模式和參數(shù)，否則丟棄本次傳輸再次重新發(fā)送。這種方式是在硬件控制安全可靠性的同時(shí)，軟件再次進(jìn)行安全可靠性的驗(yàn)證。對于康復(fù)訓(xùn)練者這一特殊群體，采用這種方法是非常必要的。

2.3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)通信

訓(xùn)練者康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)在本地電腦上顯示，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街委煄煹碾娔X上也進(jìn)行顯示。訓(xùn)練者端和醫(yī)生端進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，首先應(yīng)當(dāng)建立網(wǎng)絡(luò)連接。在數(shù)據(jù)傳輸建立的前提下，根據(jù)實(shí)際需要，客戶端每采集一至五組位置和力矩信息向服務(wù)器端發(fā)送一次，內(nèi)容包括工況、位置、力矩和生理數(shù)據(jù)等。

2.3.3 視頻通信

視頻部分網(wǎng)絡(luò)傳輸采用完成端口模型實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用USB攝像頭作為視頻采集設(shè)備，只要USB攝像頭能正確連接到PC機(jī)且驅(qū)動(dòng)安裝正確，DirectShow就能把它包裝成一個(gè)源過濾器，并在一定的類型目錄下注冊，完成圖像采集，經(jīng)過H.264技術(shù)對視頻圖像編解碼，發(fā)送到治療師監(jiān)控端，使用DrawDib技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻顯示。

2.3.4 音頻通信

本系統(tǒng)使用微軟實(shí)時(shí)通信（RTC，Real Time Communicate），API創(chuàng)建簡單的點(diǎn)到點(diǎn)聊天對話，具有噪聲小、效率高、開發(fā)簡單等特點(diǎn)。

3 示范應(yīng)用

東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國科學(xué)院物質(zhì)科學(xué)研究院以及常州市錢璟康復(fù)器材有限公司強(qiáng)手協(xié)作，利用研制的異構(gòu)式樣機(jī)構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程音視頻、生理信息監(jiān)控和訓(xùn)練參數(shù)調(diào)整，訓(xùn)練者可在友好的人機(jī)交互界面下進(jìn)行訓(xùn)練，如圖9所示。該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接3臺(tái)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人與一個(gè)治療師監(jiān)控器，每臺(tái)康復(fù)機(jī)器人均可為老年人提供不同模式和不同難度的康復(fù)訓(xùn)練，而治療師則通過網(wǎng)絡(luò)對老年人的訓(xùn)練情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。本項(xiàng)目構(gòu)建的一對多遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)，在北京四季青敬老院和上海市第一福利院進(jìn)行了示范應(yīng)用，得到了較好的評價(jià)。

圖9 一對三的遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人示范系統(tǒng)

進(jìn)駐北京四季青敬老院的網(wǎng)絡(luò)化多老人/殘障者遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)包括：一臺(tái)組合式四自由度上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人、一臺(tái)外骨骼式多自由度上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人、一臺(tái)下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人和一臺(tái)智能主/被動(dòng)訓(xùn)練機(jī)器人，如圖10所示。

圖10 北京四季青敬老院的老人在使用本系統(tǒng)樣機(jī)

進(jìn)駐上海市第一福利院的樣機(jī)包括：一臺(tái)平衡測試儀和一臺(tái)智能主被動(dòng)訓(xùn)練機(jī)器人。平衡測試儀通過記錄受檢者的重心移動(dòng)情況，完成人體平衡功能的訓(xùn)練和評估；智能主/被動(dòng)訓(xùn)練機(jī)器人可采用不同的放置方法，分別實(shí)現(xiàn)人體上、下肢的康復(fù)訓(xùn)練，通過檢測老人/殘障者訓(xùn)練過程中的作用力，可實(shí)現(xiàn)主/被動(dòng)訓(xùn)練模式的切換。圖11為上海市第一福利院的老人在使用本系統(tǒng)的機(jī)器人進(jìn)行平衡能力和下肢康復(fù)訓(xùn)練。

圖11 上海市第一福利院的老人在使用本系統(tǒng)樣機(jī)

4 系統(tǒng)特色

1）網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)：醫(yī)師和訓(xùn)練者可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程一對多的康復(fù)訓(xùn)練，使社區(qū)和家庭康復(fù)醫(yī)療成為可能。

2）一對多的康復(fù)訓(xùn)練模式：實(shí)現(xiàn)一名醫(yī)師同時(shí)指導(dǎo)和監(jiān)控多名老年人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，有助于解決我國“訓(xùn)練者多和康復(fù)醫(yī)師少”的矛盾。

3）擬人化的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：多種異構(gòu)式擬人型結(jié)構(gòu)，幫助老年人實(shí)現(xiàn)不同部位、不同關(guān)節(jié)的肢體運(yùn)動(dòng)功能訓(xùn)練以及平衡能力訓(xùn)練。

4）安全適用的混合驅(qū)動(dòng)技術(shù)：利用被動(dòng)的磁流變電機(jī)和柔性的氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)元件，提高訓(xùn)練過程的安全性。

5）漸進(jìn)式的娛樂互動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練：設(shè)計(jì)友好互動(dòng)的人機(jī)交互訓(xùn)練界面，設(shè)置不同的難易等級，提高老年人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的主動(dòng)性。

5 小結(jié)

由于我國殘障者數(shù)目眾多、老齡人口逐年增長，對康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人技術(shù)的需求日益迫切。目前，國內(nèi)的研究基礎(chǔ)和對這一領(lǐng)域的了解，與國際相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的差距并不十分大。

本系統(tǒng)針對目前我國康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域面臨的“康復(fù)治療師少而訓(xùn)練者眾多”的突出矛盾，圍繞2015年實(shí)現(xiàn) “人人享有康復(fù)服務(wù)”的國家戰(zhàn)略目標(biāo)，開展網(wǎng)絡(luò)化多老人遠(yuǎn)程肢體康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)研究，通過將遙操作機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)理論相結(jié)合，研制成功網(wǎng)絡(luò)化多訓(xùn)練者遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人產(chǎn)品樣機(jī)，并構(gòu)建臨床應(yīng)用示范系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的臨床實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用，為康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

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