燕山大學　基于人機共融的神經環路調控康復機械手設計

張鵬　孫利

辦學特色

我校工業設計專業依托河北省設計創新及產業發展研究中心（設計學智庫）、河北省智能工業設計技術創新中心等平臺，服務京津冀協同發展、北戴河國際生命健康產業園區等國家重大戰略實施，圍繞產業轉型升級、“健康中國”戰略深化等經濟社會發展重大需求，開展了具有區域和行業特色的社會服務，并形成了康輔產品個性化設計、康輔產品智能化設計、康復訓練系統虛擬仿真與交互設計、康輔產品人機工學研究多個優勢特色方向，為國家和地方康養產業技術發展提供科研服務和技術支持，為企業提供研發到設計全流程服務。

基于人機共融的神經環路調控康復機械手設計

設計者：張鵬

指導老師：孫利

院校：燕山大學

作者闡述：針對現有技術中存在的不足，對康復機械手進行模塊化設計，得出一款由直線推桿電機驅動、局部閉鏈十桿結構傳動，能夠進行人機融合的閉鏈級聯式可穿戴外骨骼機械手。基于CPM 理論和多自由度以及欠驅動原理設計了一款可穿戴式神經康復機械手，使康復機械手可以進行舒適、精確、穩定的康復訓練，靈活實現主被動訓練模式的自由切換，構建任務導向型五指協調功能性康復訓練。

指導老師 孫利

孫利，燕山大學教授，工學博士，博士生導師。主要從事智慧康養輔具設計研發、機械裝備產品創新設計理論與方法研究。從事智能康復輔具設計研究10多年，有深厚的高端裝備創新工業設計理論和實踐基礎。

導師點評：作品《基于人機共融的神經環路調控康復機械手設計》，設計思路非常具有前瞻性，并在現有技術的基礎上進行了深入改進。針對現有技術中存在的不足，對康復機械手進行模塊化設計，設計出一款由直線推桿電機驅動、局部閉鏈十桿結構傳動、 能夠進行人機融合的閉鏈級聯式可穿戴外骨骼機械手。基于 CPM 理論和多自由度以及欠驅動原理設計了一款可穿戴式神經康復機械手，使康復機械手可以進行舒適、精確、穩定的康復訓練，靈活實現主被動訓練模式的自由切換，構建任務導向型的五指協調功能性康復訓練。綜合運用了多項技術理論和原理，以提高機械手的功能性和康復效果。閉鏈級聯式結構可以提供更好的穩定性和運動精度，而可穿戴式設計使機械手能夠與患者實現更好的人機融合，這對于患者的接受度和訓練效果至關重要。同時該設計還進行了實驗驗證和工程化實施，驗證了該設計在康復領域的可行性和實用性并提供了許多值得深入研究的方向，在整個研究過程中，從需求層設想前瞻化、到行為層貼合最大化，逐步得出結構層的交互自然、合理化，既能夠貼合老年用戶的生理特征，又能夠引導用戶行為，極大地增強輔助機械手的多適性，使其在成功的愉悅體驗中激發訓練的積極性，反復通過訓練強化患者的正確行為，最大限度地提高自身功能，從而提高生活質量，恢復自信，減少家庭成員及社會負擔，這種創新對于推動康復機械手技術的發展具有積極意義。人口老齡化加速市場空間增長。本設計的實施將推動腦卒中患者的及時發現和有效治療，使腦卒中患者病情得到及早康復，同時后期治療的相對較及時，這可避免腦卒中患者因長期的高昂的治療費用致貧返貧。由此可見，本研究具備多重經濟社會效應，表現為不僅具有良好的商業價值，而且對于推動公共衛生健康問題的解決，甚至于緩解因病致貧的社會問題都具有重大的現實意義。