遥操作与远程康复训练机器人

研究背景及意义
• 脑卒中具有高死亡率、高复发率以及高致 残率等特点，是严重影响人们的生存质量 及生命的疾病。世界卫生组织将这种病确 定为当今人类的第一杀手。 • 中风后遗症的康复治疗是指对发生中风以 后所遗留下的半身不遂、语言障碍等残疾 症，综合协调地采用各种有效措施，减轻 残疾和因残疾所带来的后果。
遥操作
• 遥操作就是人操纵主机器人进行相应的动 作，通过通信线路，该操作信号传输到远 距离人难以接近或有危害的环境中，指挥 从机器人完成相应的操作。 • 在遥操作系统中因为借助了人的感知能力 和智慧、经验等，克服了完全自主式机器 人在传感，智能方面的限制，从而使得从 机器人能在陌生和动态的系统中更加有效 地执行任务。
功能辅助型机器人
• 系统由两部分组成，智能轮椅系统提供低级控制， 避障和保证正确的运动方向；用户和轮椅之间的人 机界面提供高级控制。 • 这个智能轮椅允许用户通过三种方式来进行控制： 菜单、操纵杆和用户界面。菜单模式下，轮椅的操 作类似于一般的电动轮椅。 • 在操纵杆模式下，用户通过操纵杆发出方向命令来 避障。 • 用户界面模式下，用户和机器之间仅需通过用户眼 睛运动来控制轮椅，即用鹰眼系统来进行驱动。
功能辅助型机器人
• 80年代初德国的斯坦福大学开发了几代基 于Puma 260工业机器人的De-VAR工作站， 具有较强的实用价值，其中De-VAR IV将 Puma手臂颠倒装在顶棚的轨道上，增进了 工作空间，适合在办公环境中使用。
功能辅助型机器人
• 1987年英国的Topping等研制的Handy 1可以独立 的帮助一名患有脑瘫的11岁儿童进食，经不断的 改进，现在的Handy 1除了可以辅助残疾人进食 喝水，还能够帮助他们清洗、刷牙、刮胡子甚至 化妆等，为残疾人的生活提供了很多方便。 • 该机器人是一台低成本、设计新颖、结构紧凑并 已市场化的康复机器人，现在在英国、美国、法 国、德国、日本等国家有100多名严重残疾的人 在使用它。是目前最为成功的辅助型康复机器人 之一。
远程康复训练机器人
• 研究背景及意义 • 国内外现状 • 目前存在的问题
研究背景及意义
• 脑卒中（strock）已成为三大主要致死疾病 之一。在老龄人群中有大量的脑血管疾病 或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有 偏瘫症状。 • 脑卒中又名脑血管意外、中风是指脑部缺 血性病变或出血性病变所形成的疾病，发 生在由于脑血管血栓或脑血管破裂出血而 导致出现脑供血的中断。
遥操作
• 上图为遥操作机器人系统的示意图，在图中，人 操纵机械手（机器人的手臂）末端，进行一个相 应的动作，在远程的机械手要跟随这个动作，同 时将从机械手与环境的交互信号（力）传回给人， 使人受到相类似的作用力。 • 图的中间部分是用电脑虚拟出从机械手与环境的 交互过程，并将虚拟的环境力作用在人手上，则 人能够立即感受到环境的力。整个系统的设计的 难点在于时延的固有性，系统的稳定性和透明性 （对人来说，就像没有主从机械手一样，直接与 环境作用，这就是理想的透明性）
研究背景及意义
• 有作者较早前就提出要加强脑卒中患者手 术后的康复。国内有研究观察了综合性康 复治疗对脑卒中偏瘫患者3-6个月的日常生 活活动能力和运动功能的影响，在评估时 发现患者的运动功能有较大的改善，明显 地降低了患者景及意义
• 脑卒中患者的术后康复除了必要的药物治 疗外，最不可或缺的还有康复治疗中的物 理治疗、作业治疗等治疗的支持。一些学 者的研究表明，脑卒中后的上肢的运动再 学习和康复的水平提高与强化的康复训练 有关，大量的重复训练是非常有效的训练 方法。。
研究背景及意义
• 目前，康复训练的传统方法主要是依赖于理论的 物理疗法和医师对患者进行手把手的指导和训练。 • 这种方式存在一些问题： 1、训练效率低下，治疗效果多取决于康复医师的 经验和水平； 2、康复评价指标不够客观； 3、无法建立训练参数和康复指标之间的对应关系， 不利于中风患者神经康复规律的深入研究； 4、出院患者接受大强度或长期的治疗也将很大程 度上受到条件的限制。
功能辅助型机器人
• 90年代后，为了给残疾人和失去行走能力的老年 人提供优异的代步工具，研制出各种智能轮椅。 各类传感器和高效的信息处理及控制技术在轮椅 上的应用，使轮椅具有避障、路径规划和自主导 航等功能，成为了高度自动化的智能移动机器人。 麻省理工智能实验室的Wheelesley智能轮椅，为 一个半自主式机器人轮椅，配备有计算机控制和 传感器的电动轮椅，还装有一个笔记本电脑用于 人机界面交互。 • 系统有两种级别的控制：高级方向指令和低级计 算机控制路线，用户拥有最高控制级别。
• 20世纪80年代是康复机器人研究的起步阶段，美 国、英国在康复机器人方面的研究处于世界的领 先地位，直到1990年以后康复机器人的研究才进 入到全面发展时期。 • 康复机器人属于医疗机器人范畴，是机器人技术 在医疗领域中的新应用。康复机器人具体又可分 为康复训练机器人和功能辅助型机器人两种。 • 前者的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的 恢复性训练，如人的下肢行走训练、手臂运动训 练、脊椎牵引运动训练、颈部运动训练等；后者 的主要功能是用来帮助肢体有运动困难的患者完 成各种运动，如智能轮椅、导盲手杖、机器人假 肢等。
功能辅助型机器人
• 早期的康复机器人都属于辅助型，首先出现了工 作站形式的康复机器人，它们将现有的电动臂和 专门设计的工作台相结合，由程序化的指令控制 手臂拿取工作台上的物品。如在 TIDE （Technology Initiative for the Disabled and Elderly）框架资助下，欧盟开发了PARTNER和 MOVAID用于照顾老年人和残疾人的半自主模块 化机器人，其目的是对身体严重残疾或卧床不起 的用户提供更多更好照顾的机器人辅助系统。
研究背景及意义
• 随着计算机网络技术和遥操作机器人技术的 发展，遥操作机器人技术逐渐开始应用于远 程医疗、远程手术、远程康复等领域。 • 将这些技术研究应用于康复训练，可使机器 人在一对多模式下进行远程康复训练患者， 从而帮助有限的康复医师为更多的患者服务， 解决传统训练方法存在的问题。
国内外研究现状