上肢康复机器人：人机交互的康复新模式

上肢康复机器人

康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支，它的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。

上肢康复机器人的结构

按照机器人牵动上肢运动的接触构型上肢康复机器人可分为外骨骼机器人和末端牵引式两种。在早期研究中，上肢康复机器人的结构形式大都是末端牵引式。它是以普通连杆机构或者串联机械结构为主体机构，通过执行器与人体上肢末端(手部或者腕部)固连。机器人通过驱动执行器从而牵引上肢运动，也就是说通过末端带动远端运动实现上肢康复训练。

外骨骼机器人安装在身体外部，称为可穿戴机器人。从结构上，外骨骼机器人可以分为上肢外骨骼机器人、下肢外骨骼机器人、全身外骨骼机器人以及各种关节矫正或恢复性训练外骨骼机器人。外骨骼的关节连杆与人体有直接对应关系，要求机器人关节旋转中心与人体解剖轴一致。外骨骼机器人是一种结合机械动力装置和智能控制策略的可穿戴设备，它集成了传感器和控制信息，可以配合患者完成身体动作的辅助训练。

九院戴尅戎院士、王金武团队研发的3D打印肘关节康复机器人

机器人在骨关节方面的应用

机器人辅助骨科手术.

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机器人在骨科手术中的应用主要是通过辅助操作来提高手术的准确性和安全性。例如，在骨科领域最常见的关节置换手术中，机器人可以帮助医生实现关节部件的准确安装和对骨骼的稳定性评估。通过先进的3D扫描技术，机器人可以精确重建患者的关节结构，并为医生提供手术模拟和虚拟导航系统，使手术的方案和步骤更加科学和可靠。

机器人辅助植入物定位.

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在骨科植入物定位中，机器人技术也发挥着重要的作用。植入物定位的准确性直接影响到手术的成功率和患者的康复效果，而传统的手术方式往往依赖于医生的经验和直觉，存在一定程度上的主观性和不确定性。

机器人辅助康复.

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机器人技术不仅在手术中得到应用，还在骨科疾病的康复过程中发挥重要作用。例如，在骨折康复中，机器人技术可以帮助患者进行功能性训练和康复治疗。通过模拟人体运动轨迹和力量应用，机器人可以提供个性化的康复方案，并在患者进行训练时实时监测和纠正动作的准确性.

上肢康复机器人目前所面临的难题

1. 如何以临床相关的方式进行评估，只有让机器人更好匹配临床需要，才能更好满足市场需求；2. 对机器人技术最有效的治疗剂量、强度和持续时间等还没有很好的了解；3. 康复治疗师与患者之间的互动非常重要，如何将这种互动复制到康复机器人上，也是需要解决的问题；4. 如何将康复机器人与药物、电刺激等治疗方法结合，使康复机器人发挥更大的作用；5. 康复机器人的成本居高不下，不利于其走入居家康复领域；6. 如何更好实现医工结合，使康复机器人的潜能可以最大程度地得到释放。

参考文献：

[1] 三自由度上肢康复机器人运动学分析和运动轨迹规划仿真.生物医学工程研究.

[2] A Review of Hand Function Rehabilitation Systems Based on Hand Motion Recognition Devices and Artificial Intelligence. Brain Sci.

[3] 基于鲁棒控制理论的上肢康复机器人系统研究.信息技术.