上肢作业

上肢作业（共7篇）

上肢作业 篇1

临床中比较多见的脑瘫类型, 就是偏瘫型脑瘫, 即是指患儿其中一侧出现下肢瘫痪或上肢瘫痪, 致使患侧上肢、下肢感觉功能障碍、运动功能障碍[1]。特别是患侧上肢, 障碍表现比较严重, 临床主要表现为上肢感觉、上肢肌力、协调能力、肌张力等各个方面发生不同状况的反常变化, 发生这一现象主要是因为早产、难产、窒息等诸多因素所致[2]。随着高危新生儿临床救治率逐渐升高, 偏瘫型脑瘫患儿也在逐渐增加, 康复治疗此类患儿, 对患儿的发育、运动而言有着极大地意义[3]。在脑瘫康复治疗中, 比较常用的就是作业康复治疗措施, 使用作业治疗方案, 有助于恢复患儿健康身心[4]。本文特此以笔者所在医院70例偏瘫型脑瘫患儿作为本次研究对象, 探讨上肢作业治疗婴幼儿偏瘫型脑瘫患儿的临床效果, 现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机选择2014年10月-2015年10月笔者所在医院收治的婴幼儿偏瘫型脑瘫患儿70例, 作为本次研究对象, 与临床脑瘫诊断标准相符。其中年龄最大6岁, 最小1岁。经韦氏智力测试所选患儿的IQ≥60分。采用简单随机分组的方式, 将患儿分为研究组与常规组, 各组35例。其中研究组男性患儿19例, 女性患儿16例, 平均 (2.2±0.3) 岁;常规组男性患儿17例, 女性患儿18例, 平均 (2.1±0.2) 岁。均签署知情同意书。两组患儿的年龄、性别、偏瘫类别、病情程度比较差异无统计学意义 (P>0.05) , 有可比性。

1.2 方法

常规组患者例给予推拿、神经肌肉电刺激等常规康复治疗方案。研究组患者在常规康复治疗基础之上, 进行上肢作业治疗, 具体治疗措施如下:作业治疗过程中, 训练患儿上肢关节, 锻炼患儿手的协调动作, 在锻炼患儿关节期间, 从近端关节活动开始, 而后慢慢的扩展到远端关节活动, 训练动作方面, 先从大动作开始, 而后则对患儿的小动作进行锻炼活动。训练期间, 可针对患儿的实际状况, 制定有关动作活动, 比如让患儿在桌子前坐下, 并在桌前放置设计好的相关作业教具, 让患儿自己主动抓取玩具, 在此训练活动过程中, 可对患儿的上肢起到屈伸锻炼的作用, 手的各个关节肌肉得到协调锻炼, 训练时间1次/d, 20 min/次, 6次/周, 全部患者均连续康复治疗90 d。

1.3 观察指标

利用Gesell发育量表, 评定两组患儿治疗前后的发育商。观察两组患儿治疗前后的日常生活活动能力, 了解患儿活动能力在改善前、改善后的实际状况。在特定的器具上, 对上肢功能进行测定, 0分则为无运动, 中等努力才能顺利完成所指定的制动的动作, 或不协调、笨拙, 或关节活动低于常规一半, 且需测定的关节并未全部参与测定则视为1分。中等以下努力才能完成指定的动作, 但动作较为笨拙且不协调, 关节活动范畴超出常规范畴一半则予以2分。顺利完成所有指定的动作则予以3分。总分为100分。

1.4 统计学处理

采用SPSS 21.0软件对数据进行统计分析。计量资料以 (±s) 表示, 采用t检验, 计数资料以率 (%) 表示, 采用χ2检验, P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

经研究发现, 两组患者治疗前Gesell发育量表评分比较差异无统计学意义 (P>0.05) , 治疗后两组患者Gesell发育量表评分显著改善, 对比治疗前, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 但研究组评分改善幅度显著高于常规组, 数据对比差异有统计学意义 (P<0.05) 。两组患者治疗前日常生活活动能力比较差异无统计学意义 (P>0.05) , 治疗后, 发现两组患者日常生活活动能力评分均得到显著改善, 对比治疗前, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 但是研究组患儿改善幅度明显优于常规组, 数据对比差异有统计学意义 (P<0.05) , 见表1。

3 讨论

临床诊断偏瘫型脑瘫并不是十分的困难, 可有部分患者接受诊治时, 时间较晚, 这通常是因为家长重视患者运动的发育, 而忽视了患者手功能以及一侧上肢的功能。上肢功能障碍随着患者的年龄的逐渐增大而不断加重, 给患者日常生活活动能力带来了严重的不利影响。如果患者的年龄错过了最佳年龄阶段的干预, 那么会给治疗带来极大的困难。基于此, 明确诊断后, 需尽早开展治疗, 可显著降低对脑部损伤, 进而取得最佳满意的治疗效果。

分

由于偏瘫性患儿的肢体肌肉舒张能力降低、收缩能力下降, 导致偏瘫侧肢体发生张力变化, 进而降低肢体控制能力、平衡能力, 患儿活动时发生反常的运动模式[5]。这些变化的发生, 对患儿上肢精细运动带来了极大的影响, 对患儿下肢活动也有着不同程度的影响[6]。在治疗婴幼儿偏瘫型脑瘫儿患者中, 上肢作业治疗措施应用较为广泛。

上肢作业治疗主要以患儿的活动、功能、参与障碍为核心, 指定训练方案的。上肢作业治疗脑瘫患儿, 可充分激发患儿对活动训练的兴趣, 促进患者参与障碍训练的勇气, 进而提升患儿治疗的自信心[7]。采用上肢作业治疗方案, 还可以对患儿的身心起到一定的锻炼意义, 进而促进患儿克服障碍的能力提升, 有助于患儿回归社会。在作业治疗过程中, 让患儿的精神、运动能力等各个方面均得到恢复和发育, 有利于提升患儿日常生活活动能力[8]。

经本次研究结果发现, 两组患者治疗后的总发育商、活动能力改善情况均优于治疗前, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 且研究组患者改善幅度明显优于常规组, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。由此可见, 治疗后两组偏瘫型脑瘫患儿的日常生活能力、总发育商均得到显著地改善, 但进一步分析研究结果发现, 研究组偏瘫型脑瘫患儿的改善指标均显著优于常规组, 这一结果充分证实了作业治疗的应用, 可显著改善偏瘫型脑瘫患儿的日常生活活动能力, 在这方面, 作业疗法起着积极的促进作用。日常生活活动能力的改善, 可将患者的实际功能水平真实的反映出来, 通过本次研究, 虽然偏瘫型脑瘫患儿肢体功能可自然的改善一些, 但改善幅度较小, 在生活自理能力方面的帮助作用并不太大, 如果尽早的实施作业治疗, 可增大改善幅度, 进而帮助患者提升生活自理能力。

近两年来, 在治疗偏瘫型脑瘫患者手功能以及上肢功能过程中, 作业疗法的应用较为广泛, 针对病情程度不同的患者, 制定个性化的治疗方案, 早期应用被动的手法, 将肌张力降低, 扩大上肢活动范畴, 针对病情较为严重的偏瘫型脑瘫患者, 则以牵拉痉挛肌为主, 临床研究证实, 牵拉痉挛肌, 可对病情较为严重的患者起到一定的缓解作用, 每次治疗需要一定的强度和事件, 方可挛缩肌腱、阻抑肌肉。关节活动随着患者手功能的慢慢缓解也逐渐增大活动范畴, 而后逐步调整作业活动方案, 增加主动作业活动, 使用主动与被动相结合的方式予以锻炼, 并适当的联合强制性诱导运动训练方法, 得到家长的共同配合, 对患者进行认知功能以及日常生活活动能力的锻炼, 方可取得非常不错的治疗效果[9,10,11,12]。

综上所述, 偏瘫型脑瘫患儿的治疗, 需尽早采用上肢作业疗法, 可显著提升临床治疗效果, 促进患者手功能的快速回复, 尽量帮助患者提升日常生活能力, 降低残疾的发生率。在治疗偏瘫型脑瘫患儿中, 作业疗法具有较高的临床应用价值, 值得推广。

上肢作业 篇2

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2013年9月-2015年9月笔者所在医院康复医学科、儿科收治且符合上述标准的患儿45例, 按电脑产生随机数字法分为治疗组和对照组, 其中治疗组22例, 对照组23例。治疗组:男12例, 女10例, 年龄13~68个月, 平均 (36.03±13.11) 个月, 均为右利手;对照组:男13例, 女10例, 年龄14~78个月, 平均 (36.64±18.14) 个月, 均为右利手。两组患儿性别、平均年龄、粗大运动功能分级系统 (gross motor function classification system, GMFCS) 评分等一般资料组间比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。所有入组患儿父母均对本研究知情, 并签署知情同意书, 该协议由川北医学院附属医院伦理委员会批准。

1.2 纳入及排除标准

纳入标准: (1) 符合中华医学会儿科学分会小儿神经学组制定的USCP的诊断和分型标准[5]; (2) 可以正确理解康复治疗师的指令并遵照执行; (3) 具有选择性站立、行走等控制能力; (4) 对所参与试验知情, 并在家长陪同下签署知情同意书。

排除标准: (1) 曾接受过选择性脊神经后根术、周围神经选择性切断术; (2) 有关节固定挛缩或畸形; (3) 上肢接受过矫形相关手术; (4) 正在使用抗痉挛药物; (5) 近6个月以来, 接受过肉毒素注射; (6) 体内有金属物或起搏器者; (7) 有癫痫病史者; (8) 随访脱漏, 病例资料不完整者。

1.3 治疗方法

两组患儿均接受常规康复治疗, 包括神经发育促进技术、推拿及物理因子治疗、作业疗法等。作业治疗主要包括: (1) 应用bobath手法抑制异常运动模式, 被动活动降低患肢肌张力, 维持并扩大关节活动范围, 对患肢重度痉挛的患儿采用上田手法降低肌张力; (2) 选择性应用Vojta手法促进不会翻身和爬行的患儿学会翻身和爬行; (3) 结合强制性诱导运动疗法强化治疗效果; (4) 将玩具和游戏设计为作业活动, 提高患儿参与治疗的兴趣; (5) 对患儿进行进食、更衣、入厕等日常生活活动能力训练, 改善生活质量。以上治疗每周5 d, 共计3个月。

治疗组患儿在上述治疗基础上加用r TMS治疗。采用Medtronic公司生产的Magpro R30型磁刺激仪, MCF-75型圆形线圈给予刺激。治疗时患儿取卧位, 调整线圈支撑臂的位置, 使线圈正中对准患儿左侧或右侧前额叶 (左右侧交替刺激, 每次只对一侧进行治疗) , 给予1 Hz、30%r MT、60脉冲/序列、10序列/d、序列间隔1 s, 连续4周 (每周5 d) 的r TMS[6]。治疗中由家长密切观察患儿一般情况和生命体征, 若患儿有任何不适可立即告知并终止治疗。

1.4 评价指标

肘关节肌张力:采用改良Ashworth量表 (modified Ashworth scale, MAS) 进行评定。MAS是中枢神经系统损伤导致肌张力增高的经典评定方法, 对疾病严重程度及预后预判有较高的应用价值。

上肢整体功能:采用Carroll上肢功能试验 (upper extremity functional test, UEFT) 评估患手整体功能。共有33个项目, 能评定抓握、对指、侧捏、对捏、前臂旋前、前臂旋后、运用上肢放置物品和书写功能, 可较全面评价上肢的整体功能[3]。

1.5 统计学处理

试验数据均采用SPSS 16.0软件包分析, 计量资料以 (±s) 表示, 采用t检验, 计数资料以率 (%) 表示, 采用χ2检验, P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

治疗前, 两组患儿肘关节MAS评分对比, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。治疗后, 两组患儿肘关节MAS评分均低于组内治疗前, 差异均有统计学意义 (P<0.05) ;治疗组MAS评分则优于对照组治疗后, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 见表1。

治疗前, 两组患儿肘关节UEFT评分比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。治疗后, 两组患儿肘关节UEFT评分均高于组内治疗前, 差异均有统计学意义 (P<0.05) ;治疗组UEFT评分则优于对照组治疗后, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 见表1。

分

3 讨论

脑瘫是临床上常见而重要的一种疾病, 是导致儿童肢体残疾的最常见原因[1]。USCP是常见的脑瘫类型之一, 约占36%, 患儿一般具有较好的步行能力, 主要表现为单侧上肢功能障碍[7]。USCP的上肢功能障碍可严重影响患儿的日常生活、学习、社交及成年后职业选择, 给患儿、家庭与社会均带来沉重的负担[8]。因此, 如何提高USCP综合治疗水平, 尽可能恢复患儿肢体功能始终是本领域研究的热点与难点。目前US的主要疗法包括:限制-诱导运动治疗 (constraint-induced movement therapy, CIMT) 、神经发育治疗、引导式教育、双手臂强化训练、神经肌肉电刺激、A型肉毒素注射和手术等[3]。CIMT是近年来治疗USCP的较新的方法, 其理论基础来源于一系列关于猴子的动物实验研究, 但其具体疗效尚存争议[9]。其余治疗方法普遍存在操作有创、技术复杂、治疗费昂贵, 或疗效差、耗时长、副作用大等缺点。

OT是临床上应用最为广泛的USCP治疗方法, 其疗效肯定, 也常作为基础治疗与其他疗法结合应用[7]。r TMS是一种无创、安全性高、操作简易等优点的神经调控技术, 目前已日益广泛地应用于神经、精神领域研究, 并展示出了令人鼓舞的应用前景。受此启发, 国内外已有研究者将其应用于痉挛性CP儿童治疗, 并取得初步成效[4,10]。

基于上述背景, 本研究将OT与低频r TMS联合应用于USCP患儿的康复治疗中, 结果显示联合治疗在降低患儿患肢肌张力, 改善上肢运动功能方面优于同期对照组 (P<0.05) 。

USCP患儿肌张力增高、肌肉痉挛是制约患儿功能预后的核心障碍, 而及时、有效降低肌张力, 是患儿运动功能改善的前提。众所周知, 脑内神经递质系统从功能上大致可分为兴奋性和抑制性神经递质两大类, 分别以谷氨酸和γ-氨基丁酸 (GABA) 为代表, 正常情况下二者处于动态平衡中。USCP患儿在围产期大脑皮层等中枢神经组织受损后, 患儿发育时中枢神经元的出芽再生明显受限, 下行神经纤维数量和功能均下降, 导致脊髓中发生纤维侧支出芽, 与前角运动神经元或中间神经元建立异常增多的突触联系。因此正常的传入冲动可释放更多的兴奋性递质, 导致运动神经元兴奋性异常增高, 肌肉持续收缩, 形成肌痉挛[11]。已有系列研究表明中枢神经系统损伤后出现肢体痉挛状态患者 (如:CP等) 脑脊液中GABA水平异常降低, 而谷氨酸水平异常增高, 提示USCP患儿肌张力增高可能与抑制性神经递质GABA水平异常有关[11]。另有研究报道, 经低频r TMS治疗的急性癫痫大鼠模型海马区谷氨酸脱羧酶增多, 提示低频r TMS可使大鼠脑内GABA表达上调[12]。据此推测, 低频r TMS可通过调控脑内神经递质如GABA来发挥降张作用。此外, 低频r TMS还有可能通过调节突触可塑性, 调控大脑皮层兴奋性, 调控离子通道或膜电位等发挥降低肌张力作用[13]。

综上, 本研究结果显示OT与低频r TMS联合治疗可促进USCP患儿患侧上肢肌张力降低和运动功能恢复。由于本研究样本数量相对较少、观察时间较短, 因此其结论尚需进一步研究并证实。

摘要：目的:观察重复经颅磁刺激 (r TMS) 联合作业疗法 (OT) 对偏瘫型脑瘫 (USCP) 患儿上肢肌张力及运动功能影响。方法:将45例USCP患儿按电脑产生随机数字法分为对照组 (n=23) 和治疗组 (n=22) , 对照组患儿接受常规康复训练及作业疗法, 治疗组患儿在此基础上加用r TMS治疗。采用改良Ashworth分级 (MAS) 、Carroll上肢功能试验 (UEFT) 分别于治疗前、治疗后8周对两组患儿手功能恢复进行评估。结果:治疗前, 两组患儿肘关节MAS、UEFT评分比较, 差异无统计学意义 (P>0.05) 。治疗后, 两组患儿MAS评分均低于组内治疗前, UEFT评分高于组内治疗前, 差异有统计学意义 (P<0.05) ;治疗组MAS评分低于对照组治疗后, 差异有统计学意义 (P<0.05) , 治疗组UEFT评分高于对照组治疗后, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。结论:r TMS结合OT可有效降低USCP患儿肌张力, 提高其患肢运动功能。

上肢作业 篇3

1. 资料与方法

1.1 一般资料:

选取我院脑病科2015年1月至2016年2月收治的48例脑卒中患者。其中, 脑梗死35例, 脑出血13例。治疗对象纳入标准为: (1) 脑卒中患者, 均符合1995年中华医学会第四次全国脑血管病学术会议修订的《各类脑血管疾病诊断要点》, 经颅脑CT或MRI证实为脑卒中; (2) MMT肌力分级≥2级; (3) Brunnstrom分级>II级; (4) 认知功能正常, 能够配合完成训练;具有良好的坐位平衡功能。 (5) 知情意参与本调查研究的患者。排除标准: (1) 认知障碍严重者; (2) 存在心功能不全, 肺部感染等严重并发症; (3) 差异未见统计学意义。

1.2 治疗方案:

两组均进行常规内科护理, 常规药物基础治疗。两组针刺操作方法:参考中医药管理局中风病临床路径方案取穴:上肢:手三里, 外关, 天井, 臑会, 肩髃, 臂臑, 下肢:阳陵泉, 悬钟, 解溪, 丘墟, 承扶, 委中, 风市, 膝阳关。头皮针:取顶颞前斜线、顶颞后斜线、额中线, 常规操作。对照组针刺后进行常规训练由专业作业治疗师指导治疗, 训练内容包括:日常生活能力训练、滚筒训练、插木钉、摩擦板训练等常规训练。每周训练6 d, 1次/d, 每次40min的运动疗法。治疗组进行对照组训练项目后增加上肢机器人训练 (上肢康复机器人为广州市一康医疗设备事业有限公司所生产) 。在专门作业治疗师指导下完成, 20min/d, 1次/d, 6d/周, 10次为一疗程。训练方法:患者端坐于治疗椅上, 固定患者手臂与机器人末端, 采用肩肘关节主动运动模式。根据屏幕上任务导向性提示, 以动画或图片的形式完成要求动作, 并根据电脑打分来记录和评价相应的训练效果。训练内容可选用拼图、摘苹果、接水滴等。以接水滴训练为例:患者取端坐位, 将患者上肢与机器臂固定, 调节上臂与前臂负重调节器, 对训练系统进行训练难度, 握力大小, 训练时间等设置;然后在接水滴界面选择多关节训练, 开始模拟接水滴过程, 训练时患者需要根据水滴落下不同的位置和速度来调整水杯位置。

与组内治疗前比较, #P<0.05;与对照组比较, *P<0.05

1.3评测方法

在对两组患者上肢功能进行评定时均采用Barthel指数, Furgler-Meyer评价上肢运动功能得分。有专人负责患者的康复评定, 在治疗前对患者的进行康复评定, 治疗后再次进行康复评定。

1.4 统计学方法:

采用SPSS 15.0软件包对本调查研究中的数据进行分析处理, 计数资料用χ2检验, P<0.05为差异有统计学意义。

2. 结果

治疗过程中, 两组患者均未出现与治疗相关的严重不良事件或不良反应发生。治疗前, 两组患者的FMA及Barthel评分的组间差异无统计学意义 (P>0.05) 。治疗4周后, 两组患者的FMA和Barthel评分均显著优于组内治疗前 (P<0.05) ;治疗组的FMA为显著优于对照组同时间点 (P<0.05) ;治疗组Barthel指数高于对照组有统计学意义 (P<0.05) 。

3. 讨论

脑卒中属中医中风病范畴, 中医认为中风病是风、痰、瘀阻于脑络或血溢脑络之外所致。针刺用于治疗中风病源远流长, 《聚英·杂病歌》:半身不遂患偏风, 肩腧, 曲池, 列缺同…三里委中攻。针刺可以调和阴阳, 使精气达到经脉从而使肢体功能恢复。《千金要方》云:“头者, 身之元首, 人神之所治, 气之精明”, “三百六十五路, 皆归于头, 头者诸阳之会也。”针刺头部穴位, 可以产生“得气”感反应, 这种针感现象沿经络传至躯干、四肢, 从而“引气直达病所”和“气至而有效”, 起到治疗疾病的目的。

与组内治疗前比较, #P<0.05;与对照组比较, *P<0.05

现代研究表明针刺不仅可以兴奋运动神经, 加强神经冲动, 改善大脑局部血液循环, 还可以使受损的处于半休眠状态的细胞复苏, 恢复脑细胞功能。还能改变血流变指标, 改善血液粘稠度[2], 是的经络畅通, 气血运行流畅, 风痰瘀血得以祛除, 从而达到活血化瘀的目的, 有利于中风患者的康复[3]。

大脑细胞存在重塑性, 这种重塑性是通过脑卒中后受损细胞邻近的一些未受损细胞的代偿能力来实现的, 激发这种能力的有效手段就是肢体的重复性康复训练[4]。反复重复的训练易产生枯燥及厌烦的情绪, 这是常规康复训练中常见的问题及影响患者康复疗效的进程。上肢机器人游戏的有趣性丰富了训练的途径, 有效解决了单一训练的枯燥, 同时提高患者的主动参与性。上肢机器人能够帮助脑卒中患者进行重复训练, 能够重组患者大脑皮层的学习功能和储备功能, 有效实现了脑卒中患者康复训练的效果[5]。

本研究表明针刺联合上肢机器人康复对恢复脑卒中患者的上肢功能有着良好的治疗效果, 值得应用于广大脑卒中患者的治疗中。

摘要：目的:观察针刺联合上肢机器人训练治疗脑卒中后上肢运动功能功障碍的疗效。方法:将48例脑卒中后上肢运动功能障碍的患者随机分为治疗组和对照组各24例。对照组给予常规药物康复疗法及针刺治疗。治疗组采用常规药物针刺治疗及上肢机器人训练, 10d为1个疗程, 所有患者完成4个疗程治疗。使用Barthel指数、FMA测定进行评价治疗前后的疗效。结果:两组治疗前后均有显著差异 (P<0.05) , 治疗组治疗后FMA评分 (41.56±9.27) 、Barthel评分 (71.61±20.65) 明显高于对照组FMA评分 (32.31±10.14) 、Barthel评分 (63.54±18.46) (P<0.05) 。结论:针刺联合上肢机器人训练治疗有效提高卒中患者的手功能恢复。

关键词：针刺,脑卒中,上肢机器人,康复训练

参考文献

[1]Kim MS, Lee SJ, Kim TU, et al.The influence of laterality of pharyngeal bolus passage on Dysphagia in hemiplegic stroke patients[J].Ann Rehabil Med, 2012, 36 (5) :696-701.

[2]石学敏, 杨兆钢, 周继增, 等.针刺治疗假性延髓麻痹325例临床和机理研究[J].中国针灸, 1999, 19 (8) :491-493.

[3]张红星.头针对中风病患者血液流变学、血脂、载脂蛋白的影响[J].中国中医急症, 2003, 12 (57) :409-410.

[4]田林, 张军.上肢功能训练对脑卒中患者上肢康复的影响[J].临床论坛, 2013, 15 (1) :33-36.

上肢力量练习 篇4

1.负重抗阻摆臂练习或其他负重的上肢及肩带肌群的力量练习; (负重摆臂要注意练习动作的速度和动作结构尽量与比赛动作接近)

2.单杠上进行引体向上练习;

3.双杠进行双臂屈伸练习;

4.持橡胶带的各种方向负荷练习:摆臂/扩胸/背肌及肩带肌练习;

5.各种爬杆练习。

二、徒手练习

1.墙手倒立、墙手侧立臂屈伸;

2.俯卧撑、击掌俯卧撑;

3.指卧撑、立卧撑。

三、双人练习

1.牵拉:两人面对面站立, 两腿前后分开, 两人的同侧脚相对顶住, 同一侧的手互握, 两手同时用力牵拉对方, 一方的脚离地为失败;

2. 抗阻力臂屈伸:两人面对面站立, 两手指交叉互握, 做抗阻力的臂屈伸练习20次至30次, 练习时两人的脚均不得离地;

3. 推小车:练习者直接俯撑, 身体挺直, 同伴握其双脚跟抬起他的身体, 做快速的双手撑地。

四、杠铃练习

1.站立屈臂举杠铃;

2.坐姿哑铃弯举练习;

3.杠铃推举练习:颈前推举颈后推举;

巧用短绳发展学生上肢力量 篇5

一、短绳锻炼尺桡肌

(一)自制卷腕器

方法:把短绳两端分别系于短棒中间和哑铃片中心位置(见图1)。

(二)单人练习

基本动作:直立,双手正握短棒直臂与肩同高,双脚开立与肩同宽。以腕关节为轴,双手主动用力交替顺时针方向卷绕短棒,带动短绳所系哑铃片,直至短绳将绳子缠绕满短棒(见图2~4)。

动作变化:

1.握短棒方法由正握变化为反握或者一手正握另一手反握(见图5、图6)。

2.两手交替逆时针卷绕短棒。

3.手臂抬起高度由肩部变化为腹部(见图7)。

4.直腿站立变化为坐姿(见图8~9)。

5.短棒与地面平行变化为相对身体垂直,握法变化为对握(见图10~11)。

(三)双人练习

基本动作:两人对面站立双手正握短棒。双手交替顺时针卷绕短棒,直至短绳缠绕满短棒(见图12~14)。

动作变化:

1.握短棒方法变化为反握(同图5~6)。

2.逆时针卷绕短棒。

3.直臂持棒变化为屈臂(见图15)。

4.站姿变化为坐姿(见图16)。

5.短棒与身体平行变为垂直,握法为对握(见图17~18)。

二、短绳锻炼肱二头肌

(一)单人练习

基本动作:双手反握短绳两端屈臂,双脚开立踩绳与肩同宽(见图19)。然后,向前伸直双臂同时屈膝下蹲(见图20)。

动作变化:

1.握短绳方法变化为正握或对握(见图21~22)。

2.双手牵拉短绳方向由正前方变化为侧前方(见图23)。

3.双脚开立变化为并立(见图24),屈膝下蹲变化为弓箭步下蹲(见图25)。

4.握绳手由双手变化为单手,踩绳脚由双脚变化为单脚。屈臂向上用力拉动踩绳脚,踩绳腿被动受力屈膝向内侧或外侧抬起(见图26~28)。

(二)双人练习

基本动作:两人对面站立,一人微屈臂反握另一人直臂对握短绳(见图29)。屈臂者用力向心收缩,直臂者随之施加阻力(见图30~31)

动作变化:

1.握短绳方法由反握变化为正握和对握(同图21~22)。

2.同体侧(见图32~34)和异体侧(见图35~37)单手交替练习。

3.双手握绳交替练习(见图38~40)。

4.以上站姿变化为坐姿(见图41~46)。

三、短绳锻炼肱三头肌

(一)单人练习

基本动作:左手拳心向前屈臂握绳在头上,右手直臂握绳在身体右侧。屈臂手向外用力变为直臂,直臂手随之受力变化为屈臂(见图47~48)。

动作变化:

1.左手拳心向前变化为向上和向后。

2.左手屈臂头上握绳变化为肩上和胸前(见图49~50)。⒊屈左臂变化为屈右臂。

(二)双人练习

基本动作:两人同向,一人直立屈臂夹肘于头部,双手握短绳中间掌心向上为练习者,另一人双手握绳于腹前为施加阻力者。练习者由屈臂用力变为直臂,阻力者随之施加阻力(见图51~52)。

动作变化:

1.练习者握绳手由双手变化为单手(见图53~56)。

2.阻力者由半蹲变化为全蹲(见图54~55)。

四、注意事项

(一)练习前检查短绳和短棒是否有裂纹现象,在所有练习过程中短绳必须绷直。

(二)尺桡肌练习时短棒一定要与地面平行。肱二头肌练习时肘关节贴紧肋部或桌面。肱三头肌练习时上臂内侧贴紧头部。

上肢可达工作空间的重建 篇6

关键词：虚拟人,上肢,工作空间,重建

0 引言

工作空间设计[1]是人机工程学研究的一个主要内容,其任务是根据人的操作活动要求,对被操作对象进行合理的布局和安排,以达到操作安全可靠、舒适方便的目的。在工作空间设计中,人体上肢末端的可达空间设计是一项重要内容。人体上肢末端所能达到的三维空间范围称为上肢可达工作空间[2]。可达空间的研究不仅有助于工作空间的设计,还可为人体的姿态设计提供依据[3]。在对上肢可达空间的设计中,一个首要问题是如何对上肢系统进行运动学建模。Denavit等[4]提出了对两连杆系统进行运动学分析的方法。该方法采用坐标系变换思想分析连杆之间的相对运动。受这一思想启发,在随后的研究中,国内外很多学者分别结合各自的实际背景,对人体上肢建立过不同的运动学方程,例如,文献[5]在对人体上肢仿生机构设计中建立的五自由度人体上肢模型,文献[6]在对列车乘务员作业区的研究中建立的九自由度人体上肢模型,文献[7]在仿人机器人复杂设计中用到的六自由度人体上肢模型。总之,由于上肢运动非常复杂,结合具体的实际背景,对其进行合理的运动学建模,是不同学科领域的共同课题。

人们最早采用清单式或演练式进行工作空间的人机评价。清单式主要指,以清单的形式列出需要满足的可达性指标,以此来构建机械设备的设计方案。演练式主要指人们首先制作出设备的样品模型,然后通过大量的可达性测试与比较,积累充足的经验数据以修正原设计方案,必要时上述过程反复循环,直到得到满意的设计方案为止。显然,上述的人机分析与评价方法适宜于简单、成本低的机械设备,对于大型、复杂的机械设备,由于设计周期长、成本代价高,因而存在明显的不足。随着科学技术的迅猛发展,人机分析与评价不再局限于传统的数据积累等应用范畴[8],计算机的高效能图形图像计算能力为人机工程学提供了新的研究手段和评价方法。虚拟人体模型作为计算机辅助人机工程设计的关键技术[9],可以大大提高人机评价系统的交互性和沉浸感,目前,虚拟人体模型和虚拟环境空间的研究是国际人机工程学的热点之一[10,11,12]。然而传统研究方法在涉及虚拟人上肢可达作业空间时,往往简单地把整个肢体简化成一根杠杆,将以肩关节为圆心、整条手臂为半径的球面来作为上肢的可达空间范围。这种方式误差大,忽略了腕关节、肘关节的存在,不能真实地反映可达范围,已无法满足不断提高的人机工程评估需要。

鉴于上述两方面的讨论,为提高虚拟人模型在人机系统可及性评估中的有效性,本文从人体的生理结构出发,构建了较为接近人体动作机能的七自由度上肢运动模型,基于该模型计算出虚拟人上肢的所有可达作业空间点,将曲面化的三维可及范围数字模型绑定到虚拟人体中,进行静态和动态的可及性评估。

1 上肢可达空间点的参数化求解

由人体解剖学[13]可知,人体上肢的运动主要由肩关节、肘关节和腕关节的相对运动来实现。用三连杆组成的铰链机构来模拟人体上肢系统,则手在空间中的可达点由上臂绕肩关节、前臂绕肘关节及手掌绕腕关节的7个自由度来决定[14]。齐次坐标是描述图形平移、旋转、缩放等几何变换的有效表示方法,为了便于用齐次坐标变换描述人体上肢可达点的位姿,可令上肢初始位姿为侧平举且掌心向下,并在此位姿下建立各连杆间的相对运动坐标系,如图1所示。图1中的点O、O1和O2分别代表肩关节、肘关节和腕关节,端点P代表上肢的末端,则O O1、O1O2、O2P分别代表长度为l的上臂、长度为m的前臂和长度为n的手。在每个关节上设置相对坐标系,并以肩关节的中心为绝对坐标系的原点。在初始位姿下,绝对坐标系与各相对坐标系的轴向一致,以手臂自然水平向外的方向为X轴方向,Z轴竖直向上,Y轴按右手定则确定。

1.1 上肢可达点的运动方程

齐次矩阵可以有效地描述坐标系{β}相对于坐标系{α}的位置和方位,齐次矩阵的第4个列矢量描述了{β}的坐标原点相对于{α}的位置,其他3个列矢量分别表示{β}的3个坐标轴相对于{α}的方向,从而也可理解为,其中的一个坐标系可以看成是以另一个坐标系为初始位姿,经一系列旋转和平移变换而形成的[15]。齐次矩阵具有结构化的组成形式,如

$\mathit{R}(X,\text{ϕ})=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& \cos \text{ϕ}& -\sin \text{ϕ}& 0\\ 0& \sin \text{ϕ}& \cos \text{ϕ}& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

为绕X轴转ϕ角的旋转矩阵,

$\mathit{R}(Y,\phi )=\left[\begin{array}{cccc}\cos \phi & 0& \sin \phi & 0\\ 0& 1& 0& 0\\ -\sin \phi & 0& \cos \phi & 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

为绕Y轴旋转φ角的旋转矩阵,

$\mathit{R}({\rm Z},\omega )=\left[\begin{array}{cccc}\cos \omega & -\sin \omega & 0& 0\\ \sin \omega & \cos \omega & 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

为绕Z轴旋转ω角的旋转矩阵,

$\mathit{{\rm T}}(a,b,c)=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& a\\ 0& 1& 0& b\\ 0& 0& 1& c\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

为平移变换矩阵,其中,a、b、c分别表示沿X、Y、Z轴移动的距离。

总的齐次矩阵G应根据旋转、平移运动的先后次序按左乘以相应的齐次矩阵(R(X,ϕ),R(Y,φ),R(Z,ω)或T(a,b,c))来实现。图1中,下标“0”表示肩关节,“1”表示肘关节,“2”表示腕关节,“3”表示手的末端点P,则肘关节相对于肩关节的总变换矩阵为

${}^0\mathit{G}{}_1=\mathit{R}({\rm Z},\theta {}_3)\mathit{R}(Y,\theta {}_2)\mathit{R}(X,\theta {}_1)\mathit{{\rm T}}(l,0,0)=$

(1)

腕关节相对于肘关节的总变换矩阵为

${}^1\mathit{G}{}_2=\mathit{R}({\rm Z},\theta {}_5)\mathit{R}(X,\theta {}_4)\mathit{{\rm T}}(m,0,0)=$

(2)

末端P点相对于腕关节总变换矩阵为

${}^2\mathit{G}{}_3=\mathit{R}(z,\theta {}_7)\mathit{R}(y,\theta {}_6)\mathit{{\rm T}}(n,0,0)=$

(3)

式中,si=sinθi,ci=cosθi,i=1,2,…,7。

将各连杆变换矩阵相乘,得到上肢末端P点相对于绝对坐标系的总变换矩阵:

0G3=0G11G22G3 (4)

P点相对于绝对坐标系原点的齐次坐标为

[xPyPzP 1]T=0G3[0 0 0 1]T (5)

若给出上臂、前臂、手的具体长度,以及旋转角θi的变化范围,就可以求出上肢末端的所有可达空间点,也就是(xP,yP,zP)的集合。

1.2 计算结果及分析

根据GB10000-88中国成年人人体尺寸第50百分位的数据标准,以成年女性为例,取上肢运动链的有关常量为上臂长284mm,前臂长213mm,手长165mm。在计算上肢的可及范围时,须根据不同的被操作器件来调整手的计算用尺寸,具体的修正值如表1所示。本文以按压操作为例,经修正后的手长为153mm。按照GB5703-85《人体尺寸测量方法》对人体上肢在初始位姿下的各关节活动范围进行测量,具体的测量值如表2所示。

将人体上肢各部分具体尺寸及各关节变量的活动范围代入上肢末端的运动方程,并对7个自由度的旋转方向进行7次循环计算,以间隔10°的角度变化求得所有可达点的坐标值。经计算,共得到129 752 064个可达点,由于不同的动作姿态可能会到达相同的位置,因而这些可达点中,很多是重复、冗余的点,它们占用了大量的存储空间。另外,可达点之间呈离散化分布,难以分辨出点云整体的几何特性,不适于实际需求。为解决上述问题,下文提出了对点云优化提取和进一步重构的方法。

2 可达空间的曲面建模

为了节约存储空间并应用于人机评价,需将散乱的点云转化为具有几何特性的三维实体模型。

2.1 散乱点云的边界提取

利用空间剖分法可以去除大量的冗余点并提取出关键的特征点,从而可以实现点云边界的快速提取,有助于点云的曲面重构。具体步骤如下:

(1)空间剖分。已知点云E由M个可达点组成,记点云E={ei|i=1,2,…,M}。设点云E的立方体包围盒为空间区域V,将该立体区域等分为N×N×N个小立方体,对每一小立方体编号,记其编号为qj,k,r(如q1,1,1=1,q1,1,2=2,…,qN,N,N=N3),相应的小立方体记为V[qj,k,r],记小立方体的全体编号集合Q={qj,k,r|i,j,k=1,2,…,N}。

(2)点云优化。初始化D为空集。∀ei∈E,即对点云E中的每个点ei,判断点ei是否属于V中的某个小立方体V[qj,k,r],若属于,则D←D∪{V[qj,k,r]}。符号“←”表示赋值,“∪”表示并集运算,且先做并集运算再赋值,下同。

(3)边界点提取。初始化B为空集。∀qj,k,r∈Q,若V[qj,k,r]∈D(仅对属于集合D的小立方体V[qj,k,r]),则进行下列操作:访问V[qj,k,r]的相邻立方体V[qu,v,w],这里(u,v,w)∈Ψ,Ψ={(j±1,k,r),(j,k±1,r),(j,k,r±1)},若存在某个V[qu,v,w]∉D,则B←B∪{V[qj,k,r]}。易知,集合B即为集合D对应的空间区域的边界。

(4)点坐标输出。∀qj,k,r∈Q,若V[qj,k,r]∈B(仅对于属于集合B的小立方体V[qj,k,r]),则进行下列操作:计算出该小立方体的中心坐标(x(j,k,r),y(j,k,r),z(j,k,r)),记这些点的集合C={(x(j,k,r),y(j,k,r),z(j,k,r))|V[qj,k,r]∈B},最后将C输出为文本。

按照以上的方法对原始可达点数据进行优化提取。已知上肢总长为650mm,定义以(-660,-660,-660)和(660,660,660)为对角点且表面平行于坐标平面的空间六面体为点云的空间包围盒,将该包围盒剖分成100×100×100个小立方体,经计算后,可提取到5303个边界点,如图2所示。

假设小立方体的三边长分别为h1、h2、h3,根据上述方法不难得到,优化后的点云边界与原始的点云边界相比,误差距离最大为$\sqrt{h{}_1^2+h{}_2^2+h{}_3^2}/2$。由于N越大,立方体越小,因而N越大,优化后的边界精度越高,特别当N趋于无穷大时,立方体边长趋于零,误差也趋于零。通常可以根据实际需要,选择合适大小的N使其满足精度要求。文中N=100,则小立方体的边长均为13.2mm,因此误差最大为11.43mm。

2.2 曲面重构

曲面重构技术是逆向工程的重要组成部分。由于经优化后的边界点云数据质量较好,因此可采用现有的多种方法和逆向软件等进行曲面重构。本文采用Geomagic Studio软件来对边界点云曲面重构,Geomagic Studio可根据任何实物零部件通过扫描点云自动生成准确的数字模型[16] 。

用Geomagic Studio重构本文的边界点云非常简便,首先打开点云文本,然后进行封装,系统将把所有的点变成三角网格面,接着进行填充孔操作,即清理有问题的三角面并重新填补,最后进行松弛来优化网格,使得网格光滑。图3所示分别为初始点云模型、封装后的多边形网格模型,以及松弛后的光滑曲面模型。最终光滑曲面模型几何轮廓清晰,实体感强。

3 实例应用

随着时代的发展,用户对机械设备的人性化和美观性要求越来越高,越来越多的企业日益重视机械设备的造型设计及人机评估。将重建好的可及空间模型绑定到虚拟人上,将该虚拟人应用于人机工程的可及性评估之中,能够确保空间设计的合理性,并进一步优化设计方案。因而,这种可及性评估方法具有重要的应用价值,可应用于机械、仪表和控制器的设计,寻求控制台上各个仪器、仪表的最佳摆放位置,评估车辆、飞机驾驶室(舱)器件布局的合理性等。

首先加载虚拟人到场景中,将可及空间模型的局部坐标系原点移动到虚拟人的肩关节中心部位并进行绑定,如图4所示。然后驱动虚拟人进行静态或动态操作,观测者可以设置固定的视点位置,或采用360°方式来查看可及空间模型与设备之间的相对位置关系,从而达到可及性评估的目的。需要注意的是,在对可及空间模型进行双面混合绘制时,可及空间模型颜色透明度设置为20%,该设置能使虚拟人、可及空间模型、场景中的设备这三者之间的相对位置关系达到较佳的可视化效果。基于上述步骤进行评估,若部件处于可及空间内,则可认为该部件布局合理;若调节虚拟人姿态后,某些部件仍处于可及范围之外,则认为该部件布局不合理。

图5为虚拟人在场景中对挖掘机驾驶室布局进行可及性评估的截图。驾驶室内,驾驶员不仅要随时观察仪器、仪表的指示结果,而且要及时地做出反应,并完成合理的操作。这就要求驾驶室内一切仪器、仪表、操作按钮、控制器和方向盘等均应在可及范围以内。我们以虚拟人右肢对驾驶室方向盘操作为例来说明。图6中,方向盘在可及性评估时被分为了3种不同属性的颜色区域[17]:①深灰色区域表示不在可及范围之内;②中灰色区域表示被可及模型遮挡,也不在可及范围之内;③浅灰色区域处于可及范围内。以此可检测设备布局的合理性。如果进一步将右肢可及范围与左肢可及范围结合,则可得到更为精准的可及范围,因此布局设计将会进一步优化。通过上述可及性评估,可以检测出不合理的布局设计,进而调整操纵器件的布局,确保驾驶员处于最优的驾驶状态。

4 结语

本文首先构建了七自由度的人体上肢参数化运动方程,基于该方程,可以得到关节转动范围内的所有空间可达点。由于可达点之间存在大量的重复、冗余,不仅占用了大量存储空间,而且不利于进一步分辨点云的几何特性,为了解决这一问题,本文提出了对散乱点云边界优化提取的具体实施算法。基于该算法,优化后的离散边界点数量显著减小。最后根据这些离散边界点来实现曲面重构,可以得到形象直观的三维模型。在实例仿真中,将可及空间的模型绑定于虚拟人体,通过驱动虚拟人做静态或动态的可及性评估,提高了各类人机操控界面设计的宜人性。

上肢康复机器人的设计研究 篇7

一、上肢康复机器人的结构设计

根据人们康复训练的需要, 设计的上肢康复机器人主要具有肩部的前后摆动、肩部的水平内收和外展、手臂的外展和内收、肘关节的上下摆动和耸肩动作还有腕部的旋转和左右摆动等功能。

(一) 手部机构。手部如图1, 通过步进电机驱动实现腕部的摆动, 如图2所示, 腕部的旋转如图3, 主要靠使用者自己的意愿随意转动。设计的腕部设有环形限定位置, 采用环形轨道内嵌式结构, 使用者可以随自己意愿旋转手腕。

(二) 大臂和肩部机构。大臂要实现手臂外展和内收如图4, 肩部水平内收和外展如图5, 通过步进电机驱动肩部的前后摆动如图6。大臂通过设置的调节孔来有级调节小臂长度, 调后以螺栓固定, 并采用双柱的方式限制X轴的转动、Y轴的移动和转动以及Z轴的移动和转动, 该机构具有5个自由度。

二、上肢康复机器人的三维建模及干涉检验

(一) 机器人的三维建模。结合人体工程学原理和人体结构, 大臂尺寸范围定为250~350mm, 小臂尺寸范围定为220~270mm, 可根据需要有级调节。观察人体的上肢和进行一系列的实验及测量, 再根据传动部分的设计计算结果, 应用三维软件UG对上肢康复机器人进行建模, 如图7。

(二) 机器人的干涉检验。为了检验所设计的机器人尺寸是否有合理, 检验各构件是否能够按照预期的设想运动正常工作, 且相互之间不发生干涉, 对于建立的样机三维模型, 进行干涉检查。结果如图8所示。干涉检查主要是针对支架、连杆等传动部分以外的构件。检验结果显示所建模型有部分硬干涉, 根据干涉检查后导出的报告, 对硬干涉部分进行装配及零件形状及尺寸的调整, 修改后的模型消除了硬干涉。

三、有限元分析

对应用三维软件UG建立的零件模型, 进行网格划分, 并设置材料特性, 约束条件, 施加载荷, 对主要零件模型进行有限元分析。小臂连杆的最大变形为2.321e-003mm, 如图9;大臂连杆的最大变形为0.0306mm, 如图10;轴套的最大变形为3.258e-006mm, 如图11, 均满足变形的刚性要求。

四、上肢康复机器人的控制

采用单片机技术对上肢康复机器人进行控制系统设计, 如图12所示。使用者通过PC机输入信息, 由单片机将信号输入驱动器再由驱动器驱动步进电机工作, 从而使康复机器人运动。机器人的运动轴有角速度传感器, 关节处有力传感器, 控制系统通过传感器返回的信息可以实时检测、控制各运动构件的运动状态。

摘要：上肢康复机器人是针对偏瘫病人及上肢需要锻炼保健人群的需要而设计的机电一体化产品。本文提出了上肢康复机器人的原理方案, 设计了机器人的机械结构, 并进行三维建模、装配、干涉检查以及主要零件的有限元分析, 设计了其控制系统。

关键词：上肢康复机器人,结构设计,有限元分析,控制系统

参考文献