运动障碍患者肢体功能康复和辅助机器人的研究进展

患有运动障碍的人患有使人衰弱的疾病，这大大降低了他们的生活质量。传统的康复治疗通常涉及患者和治疗师之间的密集互动。传统的康复治疗虽然有效，但不能跟上日益增加的患者人数，这主要是由于疾病和/或受伤后生存率较高。此外，生活在农村地区的病人获得康复服务的机会相当有限。在过去的二十年里，人们投入了巨大的努力来开发康复和辅助机器人，以促进康复训练，同时减轻治疗师的身体参与和/或降低相关成本。最值得注意的是，随着驱动器、传感器、微处理器和移动软件平台的发展，康复和辅助机器人已经取得了显著进展。然而，康复机器人与传统机器人不同的是，机器人与人之间的亲密互动表明，康复机器人的成功也与彻底理解人类神经肌肉方面和人机交互密切相关。

本特刊主要收集康复机器人、外骨骼和假肢的最新研究成果，包括以下主题:(1)仿生驱动的康复机器人、外骨骼和上肢/下肢假肢的发展;(b)康复机器人、外骨骼和上肢/下肢假肢的功能评估，重点是人体运动生物力学;(c)佩戴外骨骼或假体时的肌肉骨骼建模和人体运动模拟;(d)基于肌电图和/或脑电图的无创人机界面;(e)实时监测运动学/动力学以及生物信号的传感器;(f)应用于康复机器人、外骨骼和假肢的创新驱动器和控制算法。

在本期特刊中，通过技术和生物力学的方法，集体研究解决了上述的关键因素。为满足日益增长的手部康复需求，提出了一种可重构机械手外骨骼。在下肢外骨骼中，采用滑模控制与小脑模型关节控制器神经网络相结合的控制算法，增强了患者与外骨骼的协调性。上肢外骨骼增强集成光学摄像机，提供更准确的估计关节姿态比传统的运动捕捉系统。在临床验证和测试了一种由肩-肘-前臂外骨骼和机械臂组成的混合上肢康复系统。肌筋刺激的特征如感知阈值和振动频率对肌力和反应时间有显著影响。通过计算机模拟，发现膝关节置换术中髌骨保留优于髌骨置换术。这些集体研究，作为最新代表性工作的一部分，为康复和辅助机器人的发展和实施提供了一些新的见解。

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