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42种医用外骨骼分为6类

关于医疗和康复外骨骼和矫形装置的文章的特色图像

设计用于康复或增强医疗设备的可穿戴机器人是外骨骼发展的第二大古老领域。1972年,南斯拉夫贝尔格莱德(今天的塞尔维亚)的Mihajlo Pupin研究所创造了第一个可用的医用外骨骼。尽管有几个实验室在医用外骨骼开发方面取得了早期成功,但工业机器人的研究要实际得多,利润也高得多。几十年后,外骨骼的开发最初是为了帮助医疗专业人员,特别是为了举起和携带病人。

随着时间的推移,研究的重点从医疗专业人员转向了患者本身。一个重大突破是,人们认识到外骨骼可以完美地重复数千次相同的运动。这意味着患者能够在相同的时间内进行更多的运动重复,并且具有更高的一致性。当病人变得更强壮和更自信时,援助的数量就会减少。理想情况下,在康复计划结束时所需的帮助为零,患者将永远不再需要使用外骨骼。

这创造了医疗可穿戴设备的第一个大分裂:康复和移动辅助。康复装置用作增强身体康复计划的工具,在计划完成后不再使用。可穿戴的移动辅助设备将被永久使用,用户预计不会恢复。在这种情况下,外骨骼成为一种增强装置。

医疗外骨骼用于康复vs增强

到目前为止,医疗外骨骼领域是该行业所有子领域中最丰富多彩的。为了提供某种结构,我们必须将目前正在开发的内容划分为广泛的类别。如上所述,医用外骨骼和矫形器可分为两大类:康复性和增强性。康复医疗外骨骼假设用户在使用可穿戴设备后将得到改善。在经过一套有监督的训练方案后,使用者将不再需要使用康复外骨骼。增强型医用外骨骼假设用户在康复后不会好转,他们将依赖可穿戴设备度过余生。

这里有一个分离用于康复的外骨骼和用于增强/移动辅助的外骨骼的实际例子:Ekso GT和REX。Ekso Bionics的Ekso GT必须由一个仍然具有一定机动性的人使用,并且用户必须能够将重量从一条腿转移到另一条腿上。Ekso GT可变辅助软件允许有针对性的辅助(一条腿可能比另一条腿需要更多的辅助),并且随着患者在康复过程中变得更强,辅助力量逐渐减少。相比之下,雷克斯仿生的雷克斯能够完全控制行走,包括将重量从一条腿转移到另一条腿。REX操作员“骑着”宇航服,不用自己的肌肉来行走。这导致了零到最低限度的康复效益*,但是完全瘫痪的人可以用它来站立和行走。因此,虽然Ekso GT和REX都是“医用外骨骼”,但它们针对的是具有不同需求和能力的患者。

* 2017年2月更新:新的研究表明,外骨骼能够提供100%的移动所需能量,仍然具有康复优势。

康复矫形器和增强矫形器面临不同的设计挑战。康复外骨骼具有可调节,执行精确的运动数百次,为每个患者和exo使用1至2小时的会议每用户的信息。增强外骨骼只需要为一个用户安装,需要有更长的电池寿命(如果有电源),并需要一整天都穿着舒适。

对于增强/机动性辅助外骨骼来说,长时间的舒适性是一个特别大的挑战。虽然可穿戴设备在尺寸和用途上都取得了很大进步,但佩戴机器人好几个小时并试图完成日常任务仍然是一个挑战。例如,使用电动手套来增强握力可能是能否使用那只手的区别,直到洗碗或洗手的时候,电动手套可能会成为一种负担。

上半身vs下半身医用外骨骼

另一种区分医用外骨骼的方法是根据它们的目标区域,要么是上半身,要么是下半身。下半身医用外骨骼旨在改善行走能力或帮助个体关节(如仅用于膝关节的医用外骨骼)。上半身医学矫形术侧重于手臂(肩、肘)或手(手指、手腕)的强化或增强。同样,上半身和下半身医疗可穿戴机器人仍然可以分为康复和增强。过去曾有过同时针对上半身和下半身的医用外骨骼,但目前尚未开发出来。

固定和移动

第三种对医用外骨骼进行分类的方法是根据它们的大小和机动性。外星系可以是静止的,系着的,也可以是移动的。固定的外骨骼通常用螺栓固定在墙上或通过刚性框架直接连接到地面上。系绳外骨骼可以悬挂在头顶的导轨上,由车轮上的金属框架支撑,或者外骨骼甚至可以直接由移动机器人支撑。固定的和系绳的外骨骼可以有大型电机和控制器,它们的重量不会分散到用户身上。移动医用外骨骼可以在室外或家中佩戴。它们需要一个电池组、更轻的发动机和控制器,并安装在有限、紧凑的空间中。这使得移动外骨骼的设计更加复杂和昂贵。

控制类型:预先编程的精神控制和一切之间

第四种描述医用外骨骼特征的方法是它们使用的控制策略。最基本的策略是一个预编程的可穿戴机器人执行预定的动作。一个更复杂的设备会等待一组条件被满足(例如检测质心的移动),然后执行一个运动。更复杂的医用外骨骼可以读取来自脊柱、手臂和腿部的电信号,并产生相应比例的运动激活。一些医用外骨骼可以更好地直接读取来自大脑的神经信号,从而激活医用可穿戴机器人。最复杂的医用外骨骼可以在控制外骨骼的同时提供FES(功能性电刺激)。

其他类别

还有许多其他类别可以用于分离医用外骨骼。例如,exos可以是被动的(没有马达),而不是有动力的。此外,外骨骼可能会阻碍,比如抑制震颤的外骨骼,它提供了与在震颤中引起的运动相反的运动。另一个类别是儿科医疗外展。大多数外骨骼的适应性不足以适应儿童,因此必须设计和制造一种专门的儿童外骨骼。此外,许多可穿戴医疗设备还与屏幕和电脑游戏绑定在一起,使完成重复性任务更有趣、更有回报。另一种对医用外星系进行分类的方法是,它们是刚性的还是完全由软材料制成的。真的没有确定的正确的方法来分类医学外显体。然而,随着外骨骼行业的发展和成熟,一些命名惯例将不得不最终采用。

为本文的目的,医用外骨骼将仅使用上述的前三种分类:康复vs增强,上半身vs下半身,移动vs静止。

以下是商业医用外骨骼、即将成为商业产品的研究项目和对行业有较大影响的研究项目列表。设备被分为前面描述的类别。请注意,这个列表集中于商业或更著名的医用外骨骼。有许多研究实验室和公司在不同的开发阶段都有精彩的原型和产品,但都被忽略了。

固定的下半身外骨骼

Hocoma的Lokomat Pro
Hocoma - Lokomat viaLokomatPro宣传册
  • Hocoma出品的Lokomat(儿科护理可选部件)
  • Bama Teknoloji设计的robo步态
  • InMotion踝关节由Interactive Motion Technologies开发(现由Bionik Labs购买)
  • 特拉华大学的Alex 3
  • ANKLEBOT由麻省理工学院


固定上半身-手臂和手腕外骨骼康复

InMotion Arm, BionikLab,交互运动技术
InMotion臂通过Bionik实验室
  • InMotion Arm: Interactive Motion Technologies(现被Bionik Labs收购)
  • InMotion手腕由Interactive Motion Technologies开发(现由Bionik Labs购买)
  • 由Hocoma Armeo
  • KineteK可穿戴机器人公司的ALEx
  • KineteK可穿戴机器人技术的锁定控制
  • 权力夹克REALIVE——松下ActiveLink
  • 和谐-德克萨斯大学奥斯汀分校renu机器人实验室

固定上肢-手部外骨骼康复

阿米地奥•通过Tyromotion
阿米德奥的Tyromotion
  • 王维的Tyromotion
  • InMotion Hand - Interactive Motion Technologies(现被Bionik Labs收购)
  • 希望之手,Rehab-Robotics


移动上半身-外骨骼康复和增强

由Myomo MyoPro
MyoPro由Myomo


移动下肢康复外骨骼

Gogoa的HANK Exoskeleton
汉克的Gogoa
  • 汉克的Gogoa
  • “重新行走”的“重新行走”机器人
  • 哈尔医疗由赛博达因
  • Ekso GT通过Ekso Bionics
  • Indego由派克汉尼汾公司
  • 由ExoAtlet ExoAtlet
  • ARKE由Bionik Labs开发
  • Phoenix by SuitX(正式美国仿生学)
  • 阿特拉斯由马西仿生学
  • MODO的主动仿生学
  • AlterG的仿生腿
  • 由AxoSuit AxoSuit
  • X1 Mina Exoskeleton由NASA-IHMC设计
  • REX由REX Bionics设计


REX外骨骼,来源:RexBionics.com
雷克斯的雷克斯仿生学

移动下肢增强外骨骼

  • REX P由REX Bionics设计
  • 由B-Temia Keeogo
  • 由Ottobock C-Brace
  • 本田的Stride Management
  • 本田的体重辅助
  • Exo-Legs PhaseX AB
  • 苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的MAXX,感觉-运动系统实验室

如果你读过这篇文章的姐妹篇,工作和工业用外骨骼分为6类你可能已经注意到有些外骨骼是重复的。一些公司正在针对不同的应用程序营销同一款产品,看看哪些能吸引顾客。例如,B-Temia正在为其膝关节外骨骼测试水,Keeogo为医疗增强,军事和消费/民用市场在同一时间!

12个评论

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  • 你的文章对我帮助很大,谢谢你的努力。
    我想补充一点
    “固定的下半身外骨骼”部分。
    我认为值得花些时间去研究的产品。

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    之前的公司也有上肢站,所以你也把它们加到其他部分。
    亲切的问候

    • 嗨,咖喱,
      在每个目录条目中应该有一个链接到每个制造商的网站。此外,我们的大部分文章也有参考文献。该团队希望外骨骼报告成为真实外骨骼设备世界的伟德体育博一个门户网站,让观众能够快速获得每一个主题的更深入的信息。

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