康复外骨骼机器人的医疗之旅

益群网 2019-09-07 16:15:21

在人体解剖学中,肩部治疗是医生和治疗师面临的最具挑战性和最复杂的问题之一。不过,肩部因其复杂的内在构造同时也为外骨骼的开发者们提供了独特的实际测试源,一般而言,外骨骼机器人他们需要保持其结构轻巧且紧凑,同时又能衍生出广泛的运动范围。

这是总部位于德克萨斯州奥斯汀的Harmonic Bionics所面临的挑战之一。基于德克萨斯大学机械工程系的基础研究,Harmonic Bionics设计了一款称为Harmony的外骨骼,用于追踪肩关节以及肩胛带的肩胛骨运动。外骨骼最大化了人体肩部和肩带的运动范围,同时确保了物理和系统程序联锁的安全性。其执行器和控制器技术使Harmony能够根据患者的需要量身定制重力补偿,辅助和阻抗。

Harmony是一种辅助治疗设备,它允许治疗师与患者一起进行治疗操作,以改善神经肌肉损伤的功能和愈合。它对中风的受害者特别有帮助。因为在美国,每年就有超过80万例新发中风病例。

Harmonic Bionics产品开发主管Rohit John Varghese说。“开发具有高刷新率的强大闭环扭矩控制执行器是我们面临的最大挑战,设计团队在内部构建了所有电机控制和通信电子设备,这使得我们合作的治疗师也需明白一点技术操作。”

Harmony机器人解决方案让治疗师能够专注于做他们自己最擅长的事情,那就是与治疗者进行互动,一般在治疗过程中,治疗师于患者需要保持良好的沟通,而Harmony机器人在治疗师,病人和机器人之间“牵线搭桥”从而创造了一种互动亲密的状态。这样的效果是中风的患者治愈速度会更快,治疗效果更好。“

Harmonic Bionics的外骨骼项目

该项目于2011年在德克萨斯大学科克雷尔工程学院的ReNeu机器人实验室开始,其资金来自国家科学基金会和美国国家航空航天局。

技术中的关键部分是一种新颖的肩部机制,为肩部复合体中五个关节的协调运动提供动力,这是肩部康复的关键,只有确保外骨骼机器人和患者之间的贴合度,柔性度才能保证防止机器人对患者关节的压力避免患者受到伤害。

其中,机器人的每一侧都可以通过完全自然的运动范围无缝地移动受试者的手臂和肩膀,并且可以针对各种形状和大小的人进行调整。Harmonic Bionics使用来自NASA数据库的信息来收集其人体测量尺寸数据,根据该数据设计Harmony以调整其大小以适应95%以上的美国人。