康复机器人研究进展及趋势

康复机器人研究进展及趋势

作者：胡琥

来源：《科学与财富》2016年第14期

摘 要：随着我国老龄化进程逐步加快以及自然灾害、交通事故、战乱、疾病等因素，在预期寿命超过70岁人群中，平均每人有8年，大约12.3%的生命是在残疾中度过的。因此用于助残的康复机器人的研究具有紧迫的现实意义，已成为各国机器人研究领域的研究热点。本文以康复机器人技术的研究意义及研究现状为切入点，结合该领域的最新研究成果，系统介绍了该领域的发展现状，并指出的该领域研究存在的问题，提出了基于人工智能、肌肉电信号监测、脑电波监测、眼动信号监测技术的康复机器人发展趋势。 关键词：康复机器人；现状；发展趋势 1 康复机器人研究的意义及现状 1.1 社会发展的必然需求

截止2014年底，我国国60岁以上老年人口已经达到2.12亿，占总人口的15.5%。据预测，本世纪中叶老年人口数量将达到峰值，超过4亿，届时每3人中就会有一个老年人。 民政部部长、全国老龄办主任李立国表示，我国空巢和独居老年人近1亿人，60岁以上失能半失能老年人约3500万人，帮扶困难老人已成为我国老龄事业的重中之重。

伴随老龄化过程中明显的生理衰退就是老年人四肢的灵活性不断下降，进而对日常的生活产生了种种不利的影响，已严重影响老年人生存质量。此外，由于疾病、自然灾害、交通事故等突发事件造成的残疾人数量也与日俱曾。截止2015年9月，我国有各类残疾人8500万，通过人工及现有的助残设备已不能满足患者的要求。老龄化、残疾人这些特殊群体理应得到更多的关注，保证其生存质量的康复和服务产品质量也应有相应提高，因此，康复机器人及设备的研究和应用有着极为广阔的发展前景。 1.2 技术发展的内在需求

近年来，随着计算机技术、人工智能、图像处理、以视觉、听觉为代表的传感技术等电子信息技术的反战，给生物医药工程领域的医用康复机器人发展带来的极大的契机。用于科学诊断、手术辅助、脑中风、帕金森综合征后遗症辅助康复机器人得到了广泛应用。而将人工智能、视觉、听觉、图像处理等技术融入康复机器人技术成为未来康复机器人发展的内在需求。 1.3 产业升级的必然趋势

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

随着我国泉州2025计划的提出，机器人技术已成为我国未来工业产业升级的需要突破的核心技术。当前，我国机器人，尤其是以助残、手术辅助为代表的康复机器人核心技术还未能突破，核心部件、主控系统还需进口，成本较高。国产康复机器人在整个市场占有率偏低。康复机器人的技术突破成为我国工业产业升级的关键节点。 2 康复机器人研究现状及进展 2.1 医疗手术机器人研究现状及进展

经过半个多世纪的发展，工业机器人技术日趋成熟，并成为机器人应用市场的主流。随着老龄化、残疾人口的不断的增多，康复机器人的收到各国的极大关注。微创外科手术机器人、介入治疗机器人，上肢、下肢康复机器人、智能价值、智能轮椅、外骨骼辅助机器人、航天员运动能力恢复机器人已经开始用于临床，并取得了一定成果。

目前，用于辅助医生进行手术的外科手术机器人是在外科一生的操控下，协助医生共同完成手术过程，一般情况下，外科医生利用一个远程手术场景，操纵一个主输入装置，根据手术的要求，向放置于手术室内的手术机器人下达手术指令。手术机器人根据该指令执行相应的操作。与传统的微创手术相比，手术机器人具有比医生更高的操作灵巧性、超越人类手术动作距离的局限，易于实现更微笑的手术动作，手术精准性也更高。

由美国直觉外科公司制造的达芬奇手术机器人是目前手术机器人领域应用做最广的手术机器人之一。该手术机器人融合了三维高清晰度视觉系统，在视觉辅助系统的帮助下，控制能完成精细运动的机械手，该机械手的弯曲及旋转运动自由度均不是人类手腕可比拟。该手术机器人可提供灵巧操作、精准定位、术前规划，手术创面大幅减小，患者恢复迅速。

目前，达芬奇手术机器人已经累计销售3000多台，为超过250万患者成功实施微创手术。由于昂贵，我国拥有数量还不足三十台。研究适应我国国情的手术机器人以迫在眉睫。近年来，我国科研工作者和医疗卫生部门紧密合作，积极开展手术机器人的研发工作，取得了一定成果。例如，针对腹部手术的手术机器人、利用视觉、互联网技术，结合人工智能的神经微创外科手术机器人，介入治疗机器人、脊柱外科手术机器人均已实现国产化，进入动物试验阶段。

2.2 功能恢复性机器人研究现状及进展

目前，功能性恢复机器人的研究重点集中于上肢、下肢的功能恢复、运动辅助、可穿戴设备的研究上。国内以哈尔滨工业大学、清华大学、中科研、上海交通大学为代表的研究单位掌握功能恢复性机器人研究的技术核心。其中上海交通大学和复旦大学合作展开了“神经的运动控制与控制信息源的研究”。其研究目的是提取神经信息，利用神经信息来控制电子假手.具备7个自由度的运动模拟假手以研制完成，具备很高的应用前景。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

功能性恢复机器人的研究主要集中于肌肉电信号的拾取、肌肉电信号特征分析、脑电波的信号的拾取、脑电波信号的特征分析上。 3 康复机器人的发展趋势

3.1 机械本体技术：康复器械的机械本体技术应向着智能化、集成化、轻型化、微型化、舒适化及美观化的方向发展。以碳纤维、石墨烯、记忆合金为代表的新型材料相继问世，且价格逐步降低，将对康复机器人的机械本体制造、研究产生极大的促进。此外，传统的针对上、下肢的康复机器人已不能满足当前的需要，以单关节为控制和新的额关节康复机器人、用于脊柱矫正的脊柱矫正机器人逐步出现，极大的拓展了康复机器人的应用领域。

3.2 人工智能技术：人工智能技术的引入，将极大的促进康复机器人的智能化水平。融入以视觉跟踪技术、听觉传感器、压力传感器为核心的感知系统，融入VR虚拟技术、融入智能穿戴设备，以嵌入式控制系统为核心，将极大的促进人工智能技术在康复机器人领域的应用，实现康复机器人的高度智能化，集成化。

康复机理的研究：充分利用现有的医学临床经验，与医疗卫生领域的专家紧密合作，积极开展康复机器人相关肌肉、病理研究，对康复机器人的研究提供理论支撑。 结束语

经过多年的发展，康复机器人取得了一定的成果。但随着社会经济的发展，康复机器人的研究与发展还未能有效满足社会需求，智能化、集成度水平还有待提高。因此，开展康复机器人的研究具有广阔的应用价值及技术价值。 参考文献

[1]Gert K， Boudevijn K， Hermano IK. Effects of robot-assisted therapy on upper limb recovery after stroke： a systematic review.Neuro-rehabilitation and Neural Repair，2008，22：111-121.

[2]Grdienke P， Michile J A， Catherina G M， et al. Systematic reviewof the effect of robot-aided therapy on recovery of the hemipareticarm after stroke.Journal of Rehabilitation Research and Development，2006， 43：171-184.

[3]杜志江，孙立宁.外科机器人技术发展现状及关键技术分析[J].哈尔滨工业大学学报，2003，35（7）：773-777.

[4]李庆玲.基于SEMG信号的外骨骼式上肢康复系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学机械电子学科博士学位论文，2009：63-64.

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

[5]谢欲晓，白伟，张羽.下肢康复训练机器人的研究现状与趋势[J].中国医疗器械信息，2010：2：5-9.