【正文】 于移動機器人的機械手。這類機械手是目前最先進的康復(fù)機械手，這種機械手安裝在移動的機器人或者半自主的小車上從而適用于更多的患者使用，同時擴大了機械手的活動空間并提高了抓取的精度。S. Tachi等人在MIT日本實驗室研制了一種移動式康復(fù)機器人MELDOG[6] ，作為“倒盲狗”以幫助盲人完成操作和搬運物體的任務(wù)。法國Evry大學(xué)研制了一種移動式康復(fù)機器人ARPH[7]，使用者可以從工作站實施遠程控制，使移動機器人實現(xiàn)定位和抓取工作。這種機械手系統(tǒng)都是需要由視覺、靈巧操作、運動、傳感、導(dǎo)航及系統(tǒng)控制等電子系統(tǒng)組成，要求比較高，價格也是相對的比較昂貴。2 康復(fù)治療機器人研究現(xiàn)狀康復(fù)治療機器人是康復(fù)醫(yī)學(xué)和機器人技術(shù)的完美結(jié)合，不再把機器人當作輔助患者的工具，而是把機器人和計算機當作提高臨床康復(fù)效率的新型治療工具。康復(fù)治療機器人在醫(yī)療實踐上主要是用于恢復(fù)患者肢體運動系統(tǒng)的功能。按運動系統(tǒng)的問題可以劃分為2類：一類是生物力學(xué)或生物物理化學(xué)類型的應(yīng)用，另一類是運動學(xué)習(xí)[8]。當人的肢體受外傷燒傷或做手術(shù)后，由于受傷組織的皮膚、韌帶和肌肉失去彈性而導(dǎo)致肢體運動的速度和范圍受到限制。生物力學(xué)或生物物理化學(xué)類型的應(yīng)用就是使用機器人系統(tǒng)來打破受傷肢體的運動范圍。運動技能的學(xué)習(xí)或再學(xué)習(xí)，這是一個囊括了競爭運動控制理論、訓(xùn)練技術(shù)和人機接口問題等諸多方面的復(fù)雜問題。（1）CPM機。CPM機時利用康復(fù)醫(yī)學(xué)中連續(xù)被動運動（Continuous Passive Motion\CPM）的基本原理對受傷肢體進行康復(fù)治療的機械裝置，是目前前為止唯一的一個機器人生物力學(xué)或生物物理化學(xué)類型的應(yīng)用的例證。早在20世紀60年代初期就有醫(yī)學(xué)團體運用CPM機進行術(shù)后康復(fù)治療的醫(yī)學(xué)實踐，此后也有用于膝、肩、肘關(guān)節(jié)等康復(fù)的CPM機出現(xiàn)。單手刀技術(shù)水平限制，長期停留在“打關(guān)節(jié)”康復(fù)范圍。目前,市場上已經(jīng)有了用于腕關(guān)節(jié)和手指關(guān)節(jié)這樣的“小關(guān)節(jié)”康復(fù)的CPM機,但他們還不能像“大關(guān)節(jié)”CPM機那樣實現(xiàn)精確的控制。（2）神經(jīng)運動康復(fù)治療機器人。目前這一類機器人的研究比較活躍,用來康復(fù)治療與神經(jīng)運動有關(guān)的疾病, 包括中風(fēng)、帕金森氏病和大腦性麻痹(Cerebral Palsy) 。美國麻省理工學(xué)院研制了一種幫助中風(fēng)患者康復(fù)治療的機器人MITMANUS ,它有2 個自由度,可以實現(xiàn)病人的肩、肘和手在水平和豎直平面內(nèi)的運動。在治療過程中,把中風(fēng)病人的手臂固定在一個特制的手臂支撐套中,手臂支撐套固定在機器人臂的末端。病人的手臂按計算機屏幕上規(guī)劃好的特定軌跡運動,屏幕上顯示出虛擬的機器人操作桿的運動軌跡,病人通過調(diào)整手臂的運動可以使兩條曲線盡量重合,從而達到康復(fù)治療的目的。如果病人的手臂不能主動運動,機器人臂可以像傳統(tǒng)康復(fù)醫(yī)療中臨床醫(yī)生的做法那樣帶動病人的手臂運動。 在治療中風(fēng)病人。 　中風(fēng)病人在用MITMANUS 治療（3）基于虛擬環(huán)境的康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)。為了鼓勵患者進行康復(fù)訓(xùn)練，提高康復(fù)訓(xùn)練的效果，在訓(xùn)練過程中吸引患者的興趣是一個主要方面。虛擬環(huán)境技術(shù)的發(fā)展使這種思想得以實現(xiàn)，研究者們采用基于虛擬環(huán)境的用戶界面，通過一些小游戲鼓勵患者進行主動訓(xùn)練?；谔摂M環(huán)境的康復(fù)訓(xùn)練通常與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，因此，不僅具有遠程康復(fù)機器人系統(tǒng)的優(yōu)點，還提高了患者進行康復(fù)訓(xùn)練的能動性。 　遠程康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 上肢康復(fù)機器人系統(tǒng)的發(fā)展前景目前的康復(fù)機器人都能夠在一定程度上向患者提供簡單的訓(xùn)練方案，研究結(jié)果表明機器人輔助治療確有一定療效。從現(xiàn)有文獻及臨床需要來看，今后上肢康復(fù)機器人系統(tǒng)的研究可能集中在以下幾個方面： 1. 康復(fù)醫(yī)療機器人系統(tǒng)設(shè)計：機械設(shè)計是康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)，應(yīng)盡量簡潔輕巧，具有一定的靈活性，提高訓(xùn)練動作的種類，增大動作幅度，在三維空間內(nèi)對患肢各個關(guān)節(jié)進行訓(xùn)練；同時發(fā)展“多路復(fù)用”的網(wǎng)絡(luò)康復(fù)醫(yī)療機器人系統(tǒng)，提高資源利用率。2. 控制策略與運動模式的設(shè)計由于患者的病情千差萬別，因此，機器人要感知患肢狀態(tài)(力量和位置)并采取相應(yīng)的訓(xùn)練模式和控制策略，在控制系統(tǒng)適應(yīng)性和穩(wěn)定性、傳感器技術(shù)應(yīng)用、系統(tǒng)辨識和控制算法設(shè)計等方面需要作更深入的研究。3. 力反饋：機器人應(yīng)該能夠?qū)崟r檢測患者與機器人之間的相互作用力，在患者主動能力不足時提供更大的輔助，而在患者有能力完成動作時，適當減小輔助甚至施加阻力，以便充分發(fā)揮患者殘存的功能。4. 安全機制：安全問題是康復(fù)機器人設(shè)計過程中的一個重要方面，康復(fù)訓(xùn)練機器人必須根據(jù)臨床康復(fù)訓(xùn)練的基本動作和安全性的要求，在設(shè)計中除了考慮機器人的功能實現(xiàn)外，還要防止患肢二次損傷，必須從機構(gòu)設(shè)計(硬件)和控制系統(tǒng)(軟件)兩個方面保證康復(fù)機器人系統(tǒng)的安全性。5. 康復(fù)效果的評價機制：與肌電信號檢測相結(jié)合，探索訓(xùn)練參數(shù)與康復(fù)效果之間的關(guān)系，提高訓(xùn)練效果。大量實驗的基礎(chǔ)上，探索臨床康復(fù)的初步規(guī)律，并建立新的康復(fù)評估方法，從而對運動功能的康復(fù)機制重新評估和理解。 機器人具備許多人類所無法比擬的優(yōu)點，例如：長期、穩(wěn)定地重復(fù)訓(xùn)練，精確、客觀地測定訓(xùn)練與運動參數(shù)，提供實時反饋、遠程訓(xùn)練等。但是，目前康復(fù)訓(xùn)練機器人的研究仍然處于起步階段。從近年的發(fā)展看，美國的著名大學(xué)如MIT，Stanford，Northwestern等對這一領(lǐng)域的研究都十分重視，處于世界領(lǐng)先。國內(nèi)的研究基礎(chǔ)和對這一領(lǐng)域的了解和把握與上述領(lǐng)先單位的差距并不很大，但在經(jīng)費投入方面嚴重不足。由于我國的康復(fù)醫(yī)學(xué)事業(yè)仍然處于起步階段，但患者數(shù)量多、治療師資源缺乏，據(jù)此現(xiàn)狀，發(fā)展康復(fù)訓(xùn)練醫(yī)療機器人系統(tǒng)更具實際意義。隨著康復(fù)醫(yī)療機器人的研究和使用，有望簡化醫(yī)師與患者“一對一”的繁重治療過程，推動殘疾人“人人享有康復(fù)服務(wù)”這一目標的實現(xiàn)，提高殘疾人的生活質(zhì)量。同時，通過臨床上使用積累的大量數(shù)據(jù)，將有助于認識訓(xùn)練參數(shù)與康復(fù)效果之間的關(guān)系，從而能夠在機器人輔助腦神經(jīng)康復(fù)治療上取得更大的突破。因此，康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機器人技術(shù)在現(xiàn)代康復(fù)醫(yī)學(xué)和神經(jīng)反饋訓(xùn)練有廣泛的應(yīng)用前景?？祻?fù)機器人的原理和設(shè)計 工作原理和結(jié)構(gòu)根據(jù)已廣泛應(yīng)用于臨床的CPM( Continuous Passive Motion) 理論，即滑膜關(guān)節(jié)持續(xù)被動活動理論，康復(fù)訓(xùn)練機器人的設(shè)計應(yīng)遵循2 種設(shè)計原則．1) 解剖學(xué)設(shè)計． 支撐并推動關(guān)節(jié)按其自然運動形式活動，在技術(shù)上可使支撐帶動關(guān)節(jié)接近生理活動。2) 隨意聯(lián)動設(shè)計． 通過牽動關(guān)節(jié)周圍組織運動，使關(guān)節(jié)按其固有的運動軌跡活動。解剖學(xué)設(shè)計可使患者更舒適，而隨意聯(lián)動則考慮到機械實現(xiàn)簡單和使用方便，更易幫助患者進行康復(fù)訓(xùn)練。 因此上下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的設(shè)計采用隨意聯(lián)動設(shè)計，通過運動臂的運動分別牽引上、下肢做大范圍的康復(fù)訓(xùn)練。 上下肢康復(fù)機器人的機械結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其主要結(jié)構(gòu)見圖1 中1—11．1—訓(xùn)練器主體，5—運動臂，3—控制面板及LED 顯示模塊，4—齒輪，6—電機，7—電機控制模塊，8—床邊固定件，9—墻體固定件， 10—電源，11—USB 通信模塊．圖1 上下肢康復(fù)機器人機械結(jié)構(gòu)橫梁裝配圖立柱座左頂端法蘭左立柱裝配圖 中軸承承套圖1 中，電源10 為電機6 提供24 V 工作電壓，電機6 經(jīng)過減速器和一個鏈傳動帶動齒輪軸4 轉(zhuǎn)動，在齒輪軸4 的兩端有2 個運動臂2 和5，它們的位置相差180176。［5］，以保證患者在被動模式下運動時最大限度地被運動臂牽引。當2 個運動臂安裝有2個運動手柄時，患者就可以在運動手柄的帶動下進行上肢康復(fù)訓(xùn)練，而當2 個運動臂安裝有2 個運動腳踏時，患者就可以在進行相應(yīng)的