《外骨骼式上肢康复机器人工程样机的研制》项目通过结题验收

新闻 | 2020-09-01

上海卓道医疗科技有限公司于2016年承担的《外骨骼式上肢康复机器人工程样机的研制》上海市科技计划项目执行期已满,于2020年6月正式通过验收。


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项目结题书

 

《外骨骼式上肢康复机器人工程样机的研制》项目于2016年6月正式立项,由上海卓道医疗科技有限公司牵头,联合上海理工大学、长海医院两家单位进行产学研联合研发。本项目下列有2个子课题,共有项目研发人员17人。

本项目设计了一种新型电机驱动组件作为机器人的动力系统,在传动方式、柔性、反向驱动能力等方面进行重点优化设计,使得上肢康复机器人具备更好的人机力学交互性能。配合动态、可控的上肢减重装置,可以让病人在更大空间内完成上肢康复训练。本项目研制的新型外骨骼式上肢康复机器人,基于人体上肢生物力学对机器人的结构进行重点研究与设计,能够满足肩部运动中肩锁关节、胸锁关节以及肩胛胸壁关节的协调运动不受阻碍,使机器人的运动与人体上肢的运动更加贴合、流畅,患者佩戴舒适,最终提升训练效果,减小患者受到损伤的可能性。


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Nimbot外骨骼式上肢康复训练机器人

 

外骨骼式上肢康复机器人通过创新的结构设计,在肩部设计了5个动力输出组件,结合独有的跟随控制算法,实现肩关节屈/伸,内/外旋,收/展以及肩胛部上提/下降,前伸/后缩/上回旋/下回旋的训练动作,使得机器人的运动与人体上肢的运动更加贴合、流畅,更好地模拟了人体肩部生物力学,能够解决现有康复机器人人机关节失配导致患者易受伤或训练效果不佳的问题。“康复治疗师的可操作性”被考虑在设备研发之中,设备自身提供了一键自动切换左右手模式的功能。上肢康复机器人的穿戴系统也更加便捷,并且能够针对患者自动设置设备参数,大大减少患者接入的时间,降低治疗师的工作难度。

采用系统化,框架式的软、硬件技术体系,搭建了可复用、可拓展的核心功能模块,包括机器人柔性控制、人机力学交互、UI、用户状态反馈、人机安全保证策略、用户工作流管理、高级持久化数据存储、多层次用户数据分析在内的快速、稳定的多维度人机智能交互能力,从而在产品技术、产品成本、产品化速度、产品稳定性、产品迭代拓展性等方面获得了绝对优势。


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三代样机实物操作图(从左到右依次为第一、二、三代)

 

本课题针对上肢康复机器人的研制进行了大量创新设计,并完成了1篇论文的公开发表、7项发明专利的申请,7项实用新型专利的授权以及1项外观专利的授权。到目前为止,外骨骼式上肢康复训练机器人顺利完成了考核任务,包括样机的开发与检验。卓道正在全面推进外骨骼机器人的临床试验以及医疗器械注册证的申报工作,加速产品应用于市场的进程。

本项目在上海理工大学、长海医院的合作下完成,在项目的进展中,三家合作单位充分发挥各自特长,促使项目能够顺利完成。上海理工大学完成了肩部生物力学的研究和预研工作,长海医院完成临床部分的研究以及治疗方案的设计工作。其中上海理工大学于2006年在国际上最早设立了康复工程专业方向本科人才培养项目,2020年获批设置我国首个康复工程本科新专业。近年来康复工程学科方向迅速发展,目前拥有“上海康复器械工程技术研究中心”与“民政部神经功能信息与康复工程重点实验室(共建)”两个省部级科研平台。

外骨骼式上肢康复训练机器人在全球首个实现肩部复合体五自由度,成为国际顶尖的上肢外骨骼标杆性产品,这也标志着卓道已掌握外骨骼机器人在全球范围内的先进技术。本项目是卓道医疗公司成立以来承担的第一项课题,历经三代样机的研发实践与探索,如今顺利结题。这为卓道承担其他科研项目开好头、起好步,起到了良好的示范引领作用。