2.14 康复机器人

康复机器人是近年来兴起的一种运动神经康复治疗技术，属于医疗机器人的一个重要的分支。康复机器人不仅提供了有效的治疗手段和完善的评估方案，而且为深入研究人体运动康复规律，以及大脑与肢体的控制、影响关系提供了另一种有效途径。

使用机器人辅助治疗可以提高效率和训练强度，比常规的治疗手段更有潜力。目前，国际上众多的研究机构和康复机构都争相在神经康复机器人方面进行开发和产品化研究。机器人辅助神经康复和运动训练已经成为了康复技术的最主要发展趋势。

具有代表性的康复机器人有华盛顿大学开发的7 自由度的上肢康复机器人 CADEN-7 [1] ，可以实现肩部的伸 / 屈、旋内 / 外、大臂旋转、肘屈 / 伸、前臂转动、腕关节屈 / 伸、外展 / 内敛等。基于内置的数据库管理，定义日常生活活动中上肢的运动学和动力学参数，通过工作空间分析、关节运动范围，并结合考虑上肢的生理学和解剖学特点，实施康复训练方案。

瑞士皇家理工学院与 Balgrist 大学附属医院合作开发的 6 自由度上肢康复机器人 ARMin [2] ，能够实现整机的上下平动、肩旋内 / 外、大臂转动、肘屈 / 伸、肩部屈 / 伸、前臂转动等运动。随后又与Ljubljana 大学合作研制的 ARMinII [3] ，增加了腕关节屈 / 伸运动，实现了 7 个自由度运动，并且为患者提供重力补偿、协助肩关节和肘关节进行复合运动。

虚拟现实是康复机器人应用中的一项重要技术，利用物联网搭建的虚拟环境，部分或全部去掉现实中的真实环境，利用传感即运动跟踪技术实现用户与虚拟世界的交互。虚拟现实技术为康复治疗提供了重复练习、成绩反馈、维持动机三个关键环节的技术手段，设置合理的虚拟环境及有效的信息反馈，患者可以对自身状况进行客观评估，从而大大提高了康复训练的效果。

为了实现感觉信息的神经反馈，康复机器人需要实时地获取接触、握力、温度等感觉信息，然后把这些信息通过适当的方式反馈给患者大脑，将患者的主观运动意识与客观获取的感觉信息融合。如何实现感觉信息的精确神经反馈是康复机器人进一步研究亟需解决的问题，肢体运动神经分布重建是核心技术之一，将残留的臂丛神经移植到人体肌肉（靶点肌肉）或者吻合到替代神经从而实现对缺失运动功能信号源的重建。

比如，对于肩部截肢者，将残留臂丛神经移植到胸部肌肉，经过数月的生长，臂丛神经便会在胸部肌肉内重建。当截肢者通过“意识”做幻影手臂的某一动作时，运动指令会通过臂丛神经传递至胸部肌肉并引起胸部肌肉收缩。采集胸部肌肉的表面肌电信号并解码分析，就可预测截肢者的手臂运动意图，实现对多自由度假肢的神经控制。外骨骼机器人与穿戴者有着紧密的联系，机器人必须准确、快速地判断穿戴者的运动意图并做出决策。