设计案例-iKCare远程牵伸康复系统

单自由度远程康复训练机器人系统设计
王月姣;李会军;宋爱国
【期刊名称】《测控技术》
【年(卷),期】2009(028)007
【摘要】构建了一套单自由度主从式远程控制康复训练机器人系统,治疗师通过网络远程监视患者的训练过程,借助主手带动远端患肢进行康复训练;患者在本地接收治疗师指令,在从手牵引下进行康复训练;通过Socket网络编程技术实现主从端通信;采用变系数控制实现治疗师对患者的运动控制.实验表明,治疗师可以通过主手驱动从手运动,从而带动患肢进行康复训练;相关实验数据得到记录以便后期分析;分析表明远程康复训练机器人系统具有可行性,为临床应用奠定了基础.
【总页数】5页(P41-45)
【作者】王月姣;李会军;宋爱国
【作者单位】东南大学,仪器科学与工程学院测控技术江苏省重点实验室,江苏,南京,210096;东南大学,仪器科学与工程学院测控技术江苏省重点实验室,江苏,南京,210096;东南大学,仪器科学与工程学院测控技术江苏省重点实验室,江苏,南京,210096
【正文语种】中文
【中图分类】TP39
【相关文献】
1.一种六自由度上肢康复训练机器人运动学及工作空间仿真分析 [J], 檀祝新; 余晓流; 高文斌
2.索控式三自由度上肢康复训练机器人① [J],
3.索控式三自由度上肢康复训练机器人 [J], 简卓; 易金花; 顾余辉; 喻洪流
4.三自由度踝关节康复机器人设计与早期康复训练仿真 [J], 杨中原;崔冰艳;张祥;邓嘉
5.手指远程康复训练机器人系统设计 [J], 易荣武;王爱民
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基于Internet的肢体康复训练机器人远程控制系统的开题报告一、选题背景随着人口老龄化的加剧，各种慢性疾病发病率不断上升，康复医学也越来越受到重视。

肢体康复训练是康复医学中的重要组成部分，可以帮助患者恢复功能，提高生活质量。

而随着科技的不断发展，机器人技术也逐渐被应用于康复训练中，能够提高训练效果，缓解医护人员工作压力。

而远程控制技术能够将康复机器人的服务覆盖到更广的范围内，为患者提供更加便捷的康复训练服务。

本文将以基于Internet的肢体康复训练机器人远程控制系统为研究对象，旨在解决机器人康复训练技术不断发展的需求下，如何通过远程控制技术提高机器人的服务范围和训练效果，进一步提高康复训练的效率和质量。

二、研究目的与意义本文旨在设计一种基于Internet的肢体康复训练机器人远程控制系统，实现康复机器人的远程控制、数据采集与分析等功能。

具体目标如下：1. 设计一种基于Internet的肢体康复训练机器人远程控制系统；2. 集成肢体康复训练的相关功能模块，如智能感知模块、运动控制模块等；3. 实现远程控制、数据采集与分析功能；4. 对系统进行测试验证，确保系统的稳定性、可靠性和有效性。

本研究的意义在于提高康复机器人的服务范围和训练效果，使患者可以更加方便地进行康复训练，同时减少医护人员的工作负担，提高医疗服务的效率和质量。

三、相关技术1. 康复机器人技术：康复机器人是一种结合了机器人技术和康复医学理论的康复设备，可以帮助患者进行康复训练，在运动恢复、肌力训练、平衡训练等方面发挥重要作用。

2. 远程控制技术：远程控制技术是一种通过网络实现设备远程控制的技术，可以为机器人提供远程操控、数据采集、实时监控等功能，帮助患者实现远程康复训练。

3. 数据采集和处理技术：数据采集和处理技术是机器人技术中的重要组成部分，在康复机器人领域中，能够帮助医护人员对患者进行康复评估和训练效果评估，进一步提高康复训练的效率和质量。

2023全国百校工业设计毕业作品专刊-下｜健康医疗043设计DESIGN 导师点评：此毕业设计通过融合模型的研究方法，针对脑卒中患者使用的下肢康复机器人出现的问题展开研究与设计。

存在的问题主要有以下两点：首先是目前高端康复市场的产品是以下肢外骨骼为核心的多种康复机器人，而低端康复市场的产品是电动脚轮和床边康复装备等单一设备，没有应用到下肢外骨骼；其次是脑卒中患者在医院期间可使用多种设备进行运动康复，出院后在家使用多种康复机器人康复时存在成本高、使用不方便和挫伤压伤等问题。

基于此，此毕业设计的研究目的是：首先，将下肢外骨骼的应用范围扩大至低端家用康复市场；其次，提升产品易用性，来减少康复训练对人体的伤害。

整体上，本项目可以为高效医疗康复技术应用于产品设计提供新的思路。

为提高设计过程中机会把握和需求提取中技术实施的可行性和患者需求的满意度，提出了一种用户需求导向融合模型，来指导下肢康复机器人产品设计。

基于这个模型，此毕业设计的研究方法是：第一，通过社会－经济－技术分析模式定位潜在市场机会；第二，结合层次分析法进行核心需求提炼并计算权重；第三，通过质量功能展开方法分析存在于工程因素之间的矛盾；第四，利用TRIZ描述、判别和解决上述矛盾，并转化为设计建议。

运用多理论融合的方法对下肢康复机器人设计进行指导，提出技术矛盾和对应设计要求。

依照前述设计要求，在应用场景、调节方式、紧急故障、固定方式和人机交互方面对下肢康复机器人进行模块化创新设计。

此毕业设计主要解决以下三个问题：第一，将有源的下肢外骨骼配合无源的多功能康复支架在卧床、坐姿和站立步态模拟的不同场景上应用，使核心部件重复使用从而降低成本；第二，将纯绷带设计改良为有孔透气的结构，缓解患者经常出现的压伤挫伤等疾病；第三，预先设计紧急急停和满足人机交互的部件，提高产品的可用性和使用体验。

此毕业设计的主要研究成果包括：第一，提出了用户需求导向融合模型；第二，将该方法应用于有源的下肢外骨骼和无源的多功能康复支架配合使用的设计实践中，使下肢外骨骼技术应用于低端家用康复市场，为患者出院后采用更有效康复训练方式提供选择。

∗上海市科学技术委员会科技支撑项目(175********)下肢康复机器人远程系统设计∗Design of Remote System of Lower Limb Rehabilitation Robot 陆嘉杰李红哲(上海大学上海市智能制造及机器人重点实验室,上海200444)摘要:设计了基于C /S 的网络架构的下肢康复机器人远程系统。

系统通过Socket 网络通讯技术实现远程通信;实现了患者训练数据以及评估结果的远程传输,医生和患者之间的在线交流,以及医生对患者信息的管理。

该系统实现了脑卒中患者的远程康复治疗,有助于患者在家中或社区医院进行康复训练,为患者带来了极大的方便。

关键词:远程康复,C /S 模式,机器人系统,下肢康复Abstract 押This paper designs a remote system of lower limb rehabilitation robot based on C /S network architecture.The system realizes remote communication through Socket network communication technology.It realizes remote transmission of patient training data and evaluation results熏online communication between doctors and patients熏and doctor's management of patient information.The system realizes remote rehabilitation treatment for stroke patients熏and helps patients to carry out reha⁃bilitation training at home or community hospitals熏and brings great convenience to patients.Keywords 押remote rehabilitation熏C /S mode熏robot system熏lower limb rehabilitation随着医疗技术的发展,脑卒中病人的生存率逐渐提高,同时伴有功能障碍的人群也逐渐扩大,因而脑卒中发作后的康复治疗至关重要[1]。

卡伦CAREN智能康复运动评测和训练平台系统序号技术参数及配置要求数量1计算机虚拟现实影视听球形立体环境1套1.1能通过球形穹顶式屏幕为患者提供身临其境的浸入式虚拟现实立体环境，让医生和治疗师模拟丰富变化的立体环境实现真正的全面康复训练，以达到真正回归社会的目的1.2能够提供高保真的Hi-Fi杜比5.1声道音响系统为患者提供逼真的环境音效和听觉反馈环境，让患者能全神贯注的融入全面的康复训练中1.3能够将认知训练和运动训练整合，实现丰富环境下的双重任务训练1.4球形屏幕：直径≥7m的球形穹顶形投影，≥300度水平视图和-20-80度垂直视图；1.5投影仪数量：8个1.6技术：单芯片专业级DLP投影机1.7分辨率：SXGA+(1400×1050)1.8亮度：≥3300流明1.9对比度：≥4000:11.10纵横比：4:31.11可显示颜色：30-bit RGB；1.12图像处理延迟：~22毫秒图像输入1.13水平扫描频率：15-150kHz1.14垂直扫描频率：48-190Hz1.15广角：投射比:0.95-11.16聚焦距离：1.5m-20m1.17灯泡：≥300W UHP可更换灯泡1.18灯泡寿命：≥2000小时1.19输出：90W/通道1.20通道/扬声器：5个1.21超低音音箱：1个1.22声音模式：Dolby Pro Logic5.12实时多维运动及肌电等信号整合平台1套2.1能够将患者在进行评测和训练中的运动学信号、动力学信号以及肌电信号等生物学信号实现实时整合，该平台不仅能采集和分析信号，还能降所有的数据运用于虚拟现实环境中的的评估与训练，实现患者的全息数字化2.2Vicon Bonita相机：18个Vicon Bonita10光学运动捕捉相机2.3分辨率（兆像素）：1.02.4全帧分辨率下的最大帧频：≥2502.5传感器：CMOSIS2.6需具有机载标记点处理功能2.7需具有机载数据选择功能2.8电源：POE/Giganet2.9镜头：4-12mm Zoom2.10视野范围（H°×V°）：≥70×70，26×262.11闪光灯：NIR2.12快门类型：Electronic Freeze Frame Shutter2.13连接类型：RJ45-RJ45、RJ45-Lemo2.14可更新的固件2.15视频采集摄像机：≥3个(左，右和后方)2.16视频采集摄像机分辨率：≥0.3MP2.17视频采集摄像机帧速率：≥74fps2.18视频采集摄像机透镜：≥6mm3人体运动模型评估系统1套3.1能够实现对患者运动中的人体模型进行重建，通过HMB软件系统进行计算并实现可视化人体肌力的评估与训练3.2可通过运动模型重建的的肌肉收缩顺序及肌力可实时应用于D-Flow操作软件中，用于各种程序的反馈应用3.3可通过图表、数值和曲线图的形式将患者在虚拟现实环境下运动评估与训练时的运动模式、肌肉收缩顺序与肌肉力量实时反馈给患者和治疗师3.4能实现对全身骨骼与肌肉模型的实时重建与分析4实时三维步态分析系统1套4.1能够实现实时步态分析功能，可即可实时的计算步态参数，又可用于实时反馈应用程序的时空参数、运动学参数和动力学参数。