康复外骨骼机器人在肢体康复中的应用进展
Application Progress of Rehabilitation Exoskeleton Robot in Limb Rehabilitation
- 机械传动 2022年46卷第4期 页码：10-21
- 作者机构：
1.山东中医药大学 智能与信息工程学院， 山东 济南 250000
2.山东中医药大学 第一临床医学院 中医骨伤科， 山东 济南 250000
- 作者简介：
王开放（1998— ），男，山东临沂人，硕士研究生；研究方向为医疗健康大数据、中医药智能化。
马金刚（1980— ），男，山东临朐人，副教授；研究方向为医疗健康大数据、中医药智能化。
- 基金信息：国家自然科学基金面上项目(81973981;82074579┫山东省自然科学基金┣ZR2020MH360)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2022.04.002
中图分类号：
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王开放,曹慧,邢蒙蒙等.康复外骨骼机器人在肢体康复中的应用进展[J].机械传动,2022,46(04):10-21.
Wang Kaifang,Cao Hui,Xing Mengmeng,et al.Application Progress of Rehabilitation Exoskeleton Robot in Limb Rehabilitation[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(04):10-21.
王开放,曹慧,邢蒙蒙等.康复外骨骼机器人在肢体康复中的应用进展[J].机械传动,2022,46(04):10-21. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.04.002.
Wang Kaifang,Cao Hui,Xing Mengmeng,et al.Application Progress of Rehabilitation Exoskeleton Robot in Limb Rehabilitation[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(04):10-21. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.04.002.
摘要
康复外骨骼机器人的适用对象主要是存在肢体活动功能障碍的患者，患者可通过外骨骼阶段性、科学性及精准化的训练来完成康复治疗。但目前市面上康复外骨骼机器人种类繁多、形式各异，分类问题是一个难点。根据康复外骨骼机器人在人体辅助位置的不同，对目前国内外具有代表性的康复外骨骼机器人进行了分类汇总；对康复外骨骼机器人的不同驱动方式进行了详细概述，并分析了不同驱动方式的研究现状；在根据康复治疗的所处阶段采取相应训练模式的角度，重点分析了康复外骨骼机器人的针对性训练模式。对目前康复外骨骼的技术重难点进行总结和展望，旨在为后续康复外骨骼机器人的研究提供参考。
Abstract
Rehabilitation exoskeleton robots are mainly applied to patients with dysfunctional limb movements，and patients can complete rehabilitation treatment through phased，scientific and precise training of the exoskeleton. However，there are many types and forms of rehabilitation exoskeleton robots on the market at present，and how to categorize them will become a difficult problem. The domestic and international research progress of rehabilitation exoskeleton robots in recent years is summarized. The current representative rehabilitation exoskeleton robots are classified according to their different assisted positions in the human body； A detailed overview of different driving methods of rehabilitation exoskeleton robots is given and the current research status of different driving methods are analyzed； The targeted training mode of the rehabilitation exoskeleton robot is analyzed from the perspective of adopting the corresponding training mode according to the stage of rehabilitation treatment. The technical difficulties in current exoskeleton rehabilitation treatment is summarized and provides an outlook， aiming to provide a reference for future research on rehabilitation exoskeleton robots.
关键词
康复治疗外骨骼机器人驱动方式针对性训练肢体康复
Keywords
Rehabilitation therapyExoskeleton robotDriving modeTargeted trainingLimb rehabilitation
references
李侠，李梦云.人口老龄化对我国经济发展的影响［J］.现代营销，2020（4）：18-19.
LI Xia，LI Mengyun.The impact of population aging on China's economic development［J］.Modern Marketing，2020（4）：18-19.
刘恒，白泽杨，陈俊宇，等.康复外骨骼机器人的研究现状及发展趋势探讨［J］.机电信息，2020（9）：106-107.
LIU Heng，BAI Zeyang，CHEN Junyu，et al.Research status and development trend of rehabilitation exoskeleton robot［J］.Mechatronics Information，2020（9）：106-107.
MICHAEL M，EKATERINA I，KATHARINA L，et al.BeMobil：developing a user-friendly and motivating telerehabilitation system for motor relearning after stroke［C］//2017 IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics，July 17-20，2017，London，UK.New York：IEEE，2017：870-875.
宋遒志，王晓光，王鑫，等.多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析［J］.兵工学报，2016，37（1）：172-185.
SONG Qiuzhi，WANG Xiaoguang，WANG Xin，et al.Development status and key technology analysis of multi joint exoskeleton assisted robot［J］.Acta Ordnance Engineering Sinica，2016，37（1）：172-185.
姚又琳，张秋豪.手臂康复训练机器人研究现状［J］.价值工程， 2017，36（33）：93-95.
YAO Youlin，ZHANG Qiuhao.Research status of arm rehabilitation training robot［J］.Value Engineering，2017，36（33）：93-95.
孙长城，王春方，丁晓晶，等.上肢康复机器人辅助训练对脑卒中偏瘫患者上肢运动功能的影响［J］.中国康复医学杂志，2018，33（10）：1162-1167.
SUN Changcheng，WANG Chunfang，DING Xiaojing，et al.Effect of upper limb rehabilitation robot assisted training on upper limb motor function of stroke patients with hemiplegia［J］.Chinese Journal of Rehabilitation Medicine，2018，33（10）：1162-1167.
HUANG J，TU X K，HE J P.Design and evaluation of the RUPERT wearable upper extremity exoskeleton robot for clinical and in-home therapies［J］.IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics：Systems，2016，46（7）：1-10.
TU X K，HAN H L，HUANG J，et al.Upper limb rehabilitation robot powered by PAMs cooperates with FES arrays to realize reach-to-grasp trainings［J］.Journal of Healthcare Engineering，2017（1）：1-15.
FARAN S S，EINAV O，YOELI D，et al.Reo assessment to guide the ReoGo therapy：reliability and validity of novel robotic scores［C］//2009 Virtual Rehabilitation International Conference，June 29-July 2，2009，Haifa，Israel.New York：IEEE，2009：209.
TAKEBAYASHI T，TAKAHASHI K，AMANO S，et al.Assessment of the efficacy of reogo-j robotic training against other rehabilitation therapies for upper-limb hemiplegia after stroke：protocol for a randomized controlled trial［J］.Frontiers in Neurology，2018：730.
JUST F，BAUR K，RIENER R，et al.Online adaptive compensation of the ARMin rehabilitation robot［C］//IEEE International Conference on Biomedical Robotics & Biomechatronics，June 26-29，2016，Singapore.New York：IEEE，2016：747-752.
JUST F，OZEN O，TORTORA S，et al.Feedforward model based arm weight compensation with the rehabilitation robot ARMin［J］.2017 IEEE International Conference on Rehabilitation，July 17-20，2017，London，UK.New York：IEEE，2017：72-77.
SOLTANI-ZARRIN R，ZEIAEE A，EIB A，et al.TAMU Cleverarm：A novel exoskeleton for rehabilitation of upper limb impairments［C］//2017 International Symposium on Wearable and Rehabilitation Robotics（WeRob），November 5-8，2017，Houston，TX.New York：IEEE，2017：1-2.
张亚菲，张通.运动想象治疗脑卒中患者手部运动功能的疗效研究［J］.中国康复，2017，32（1）：3-5.
ZHANG Yafei，ZHANG Tong.Effect of motor imagery on hand motor function in stroke patients［J］.China Rehabilitation，2017，32（1）：3-5.
LEWIS G N，PERREAULT E J.An assessment of robot-assisted bimanual movements on upper limb motor coordination following stroke［J］.IEEE Transactions on Neural Systems & Rehabilitation Engineering，2009，17（6）：595-604.
CAURAUGH J H，LODHA N，NAIK S K，et al.Bilateral movement training and stroke motor recovery progress：a structured review and meta-analysis［J］.Human Movement Science，2010，29（5）：853-870.
LEONARDIS D，BARSOTTI M，LOCONSOLE C，et al.An EMG-controlled robotic hand exoskeleton for bilateral rehabilitation［J］.IEEE Transactions on Haptics，2015，8（2）：140-151.
STILLI A，CREMONI A，BIANCHI M，et al.AirExGlove-a novel pneumatic exoskeleton glove for adaptive hand rehabilitation in post-stroke patients［C］//IEEE International Conference on Soft Robotics，April 24-28，2018，Livorno.Italy.New York：IEEE，2018：579-584.
LAMBELET C，TEMIRALIULY D，SIEGENTHALER M，et al.Characterization and wearability evaluation of a fully portable wrist exoskeleton for unsupervised training after stroke［J］.Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation，2020，17（1）：132.
GRASMÜCKE D，JANSEN O，MEINDI R，et al.Experiences in four years of HAL exoskeleton SCI rehabilitation［M］.Switzerland：Springer International Publishing，2017：1235-1238.
JANSEN O，GRASMUECKE D，MEINDL R C，et al.Hybrid assistive limb exoskeleton HAL in the rehabilitation of chronic SCI：Proof of concept，the results of 21 patients［J］.World Neurosurgery，2017：73-78.
李龙飞，朱凌云，苟向锋.可穿戴下肢外骨骼康复机器人研究现状与发展趋势［J］.医疗卫生装备，2019，40（12）：89-97.
LI Longfei，ZHU Lingyun，GOU Xiangfeng.Research status and development trend of wearable lower limb exoskeleton rehabilitation robot［J］.Medical and Health Equipment，2019，40（12）：89-97.
PRASSLER E，BARONCELLI A.Team rewalk ranked first in the cybathlon 2016 exoskeleton final ［industrial activities］［J］.IEEE Robotics & Automation Magazine，2017，24（4）：8-10.
TEFERTILLER C，HAYS K，JONES J，et al.Initial outcomes from a multicenter study utilizing the indego powered exoskeleton in spinal cord injury［J］.Topics in Spinal Cord Injury Rehabilitation，2018，24（1）：78-85.
CHEN G.Development of a robotic exoskeleton system for gait rehabilitation［D］.Shanghai：Shanghai Jiao Tong University，2016：1-24.
ERDOGAN A，CELEBI B，SATICI A C，et al.Assist on-ankle：a reconfigurable ankle exoskeleton with series-elastic actuation［J］.Autonomous Robots，2017，41（3）：743-758.
REX Bionics.Product info［EB/OL］.［2019-07-21］.https//www.rexbionics.com/product-informationhttps://www.rexbionics.com/product-information.
李坦东，王收军，侍才洪，等.穿戴式外骨骼机器人的研究现状及趋势［J］.医疗卫生装备，2016，37（9）：116-119.
LI Tandong，WANG Shoujun，SHI Caihong，et al.Research status and trend of wearable exoskeleton robot［J］.Medical and Health Equipment，2016，37（9）：116-119.
PAN Y T，LAMB Z，MACIEVICH J，et al.A Vibrotactile feedback device for balance rehabilitation in the EksoGT robotic exoskeleton［C］//2018 7th IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics（Biorob），August 26-29，2018，Enschede，Netherlands.New York：IEEE，2018：569-576.
CHEN B，ZHONG C H，ZHAO X，et al.Reference joint trajectories generation of CUHK-EXO exoskeleton for system balance in walking assistance［J］.IEEE Access，2019，7：1.
YONG H，NAN L，CHAO W，et al.Development of a novel autonomous lower extremity exoskeleton robot for walking assistance［J］.Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering，2019：318-329.
HE Y，WANG C，LI N，et al.Auto-LEE：a novel autonomous lower extremity exoskeleton for walking assistance［C］//2018 IEEE International Conference on Information and Automation（ICIA），August 11-13，2018，Wuyishan，Fujian.New York：IEEE，2018：208-213.
张超.下肢助力外骨骼机器人研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016：137.
ZHANG Chao.Research on lower limb assisted exoskeleton robot ［D］.Harbin：Harbin Institute of Technology，2016：137.
靳兴来.液压驱动下肢外骨骼机器人摆动相控制系统研究［D］.杭州：浙江大学，2017：162.
JIN Xinglai.Study on the swing phase control system of the hydraulic driven lower limb exoskeleton robot［D］.Hangzhou：Zhejiang University，2017：162.
佀国宁，黄琬婷，李根生，等.下肢外骨骼机器人柔顺特性的研究进展［J］.生物医学工程学杂志，2019，36（1）：157-163.
GAO Guoning，HUANG Wanting，LI Gensheng，et al.Research progress on compliance characteristics of lower limb exoskeleton robot ［J］.Journal of Biomedical Engineering，2019，36（1）：157-163.
CAI Z，TONG D，MEADMORE K L，et al.Design & control of a 3D stroke rehabilitation platform［C］//2011 International Conference on Rehabilitation Robotics，June 29-July 1，2011，Zurich，Switzerland.New York：IEEE，2011：1-6.
MOROMUGI S，KOUJINA Y，ARIKI S，et al.Muscle stiffness sensor to control an assistance device for the disabled［J］.Artificial Life and Robotics（AROB8th '03），2004，8（1）：42-45.
REINKENSMEYER D J，WOLBRECHT E T，CHAN V.Comparison of three-dimensional，assist-as-needed robotic arm/hand movement training provided with Pneu-WREX to conventional tabletop therapy after chronic stroke［J］.American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation，2012，91：S232.
SANCHEZ R，REINKENSMEYER D，SHAH P，et al.Monitoring functional arm movement for home-based therapy after stroke［C］//The 26th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society，September 1-5，2004，San Francisco.CA.New York：IEEE，2004：4787-4790.
南卓江，杨扬，铃森康一，等.基于细径McKibben型气动人工肌肉的仿生手研发［J］.机器人，2018，40（3）：321-328.
NAN Zhuojiang，YANG Yang，SUZUMORI Koichi，et al.Research and development of bionic hand based on thin diameter McKibben pneumatic artificial muscle［J］.Robot，2018，40（3）：321-328.
AL-FAHAAM H，DAVIS S，NEFTI-MEZIANI S.Wrist rehabilitation exoskeleton robot based on pneumatic soft actuators［C］//Students on Applied Engineering，October 20-21，2017，Newcastle Upon Tyne，UK.New York：IEEE，2017：491-496.
WAN S L，YANG M X，XI R R，et al.Design and control strategy of humanoid lower limb exoskeleton driven by pneumatic artificial muscles［C］//2016 23rd International Conference on Mechatronics and Machine Vision in Practice（M2VIP），Novermber 28-30，2016，Nanjin，Jiangsu.New York：IEEE，2017：1-5.
XING L Y，WANG M L，ZHANG J，et al.A survey on flexible exoskeleton robot［C］//2020 IEEE 4th Information Technology，Networking，Electronic and Automation Control Conference（ITNEC），June 12-14，2020，Chongqing.New York：IEEE，2020：170-174.
赵新刚，谈晓伟，张弼.柔性下肢外骨骼机器人研究进展及关键技术分析［J］.机器人，2020，42（3）：365-384.
ZHAO Xin'gang，TAN Xiaowei，ZHANG Bi.Research progress and key technology analysis of flexible lower limb exoskeleton robot［J］.Robot，2020，42（3）：365-384.
张增峰，陈炜，李浩，等.外骨骼机器人驱动方式的研究［J］.医疗卫生装备，2016，37（8）：126-129.
ZHANG Zengfeng，CHEN Wei，LI Hao，et al.Research on driving mode of exoskeleton robot［J］.Medical and Health Equipment，2016，37（8）：126-129.
YU H，HUANG S，CHEN G，et al.Human-robot interaction control of rehabilitation robots with series elastic actuators［J］.IEEE Transactions on Robotics，2015，31（5）：1089-1100.
BEIL J，PERNER G，ASFOUR T.Design and control of the lower limb exoskeleton KIT-EXO-1［C］//2015 IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics（ICORR），August 11-14，2015，Singapore.New York：IEEE，2015：119-124.
许祥，侯丽雅，黄新燕，等.基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究［J］.机器人，2014，36（2）：147-155.
XU Xiang，HOU Liya，HUANG Xinyan，et al.Design and research of wearable upper limb rehabilitation robot based on exoskeleton［J］.Robot，2014，36（2）：147-155.
ZHANG F，HOU Z G，CHENG L，et al.iLeg-A lower limb rehabilitation robot：a proof of concept［J］.IEEE Transactions on Human-Machine Systems，2016，46（5）：761-768.
CESTARI M，SANZ-MERODIO D，AREVALO J C，et al.An adjustable compliant joint for lower-limb exoskeletons［J］.IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2014，20（2）：889-898.
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