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这篇综述聚焦工业级协作机器人（cobots）在中风和脊髓损伤（SCI）后肢体运动康复的应用。研究发现其应用尚处早期，虽有安全优势，但相关证据有限。未来需进一步研发，以优化技术、拓宽应用，助力患者功能恢复和生活质量提升。
引言
中风和脊髓损伤（SCI）是全球导致残疾的主要原因，众多患者因此出现运动功能障碍，严重影响日常生活活动（ADLs）能力，急需有效的康复治疗。机器人康复成为治疗运动障碍的有前景的干预手段，能提供高强度、重复性的任务导向康复训练，减轻治疗师负担，还常结合虚拟现实（VR）等技术提升患者参与度。康复机器人主要分为外骨骼机器人和末端执行器机器人，可提供主动、被动、主动辅助和抗阻等多种运动模式。部分上肢康复机器人由工业机器人改造而来，如今协作机器人（cobots）在康复领域的应用潜力备受关注。
Cobots 起源与应用
Cobots 是具有内置安全功能的工业级机械臂，能与人类在同一工作空间安全协作。它起源于 1996 年，最初是被动系统，如今已发展为全驱动机器人系统。其关键组件包括控制单元、示教器和紧急停止机制，凭借先进的安全特性、易于编程和灵活性，在制造业、物流仓储等领域广泛应用。
Cobots 在康复中的应用
随着发展，cobots 在医疗康复领域的应用不断拓展。其灵活性和精确性使其能提供个性化康复训练，安全特性和易编程性有利于改善患者康复效果、减轻治疗师工作量。cobots 的末端关节可连接多种工具，用于执行精细运动技能训练到步态训练等多种康复任务，相比定制康复机器人，具有满足严格安全标准、节省开发时间和成本的优势。
研究方法
- 检索策略：全面检索多个电子数据库，包括 MEDLINE ALL（Ovid）、Embase（Ovid）等，检索词涵盖 cobots、康复、中风、SCI、上肢和下肢等概念，结合布尔运算符、关键词和数据库控制词汇，检索限于英文文献，检索时间为 2023 年 2 月，2024 年 11 月更新，并查阅纳入文献的参考文献获取更多相关文献。
- 纳入标准：选取发表在同行评审期刊、聚焦中风或 SCI 后上肢或下肢康复（包括以健康参与者研究 cobots 对患者的使用方式）且能获取摘要和全文的研究，排除关注其他疾病、cobots 用于非康复目的、参与者年龄小于 18 岁、非英文撰写以及综述或荟萃分析类文章。
- 分析方法：对纳入研究的作者、发表日期、研究目的、使用的 cobot、参与者群体、cobot 的修改、研究方法和关键干预结果进行叙述性审查。
研究结果
- 检索与筛选结果：检索到 17585 项研究，剔除重复项后筛选评估，最终纳入 33 项 2013 - 2024 年发表的研究。
- 研究特征：涉及的 cobots 包括 Franka Emika Panda、ABB YuMi 等多种型号，研究主要集中在欧洲和亚洲。25 项研究用于上肢康复，8 项针对下肢康复。
- Cobots 特征：不同 cobots 在自由度、有效载荷、重量、工作范围、重复定位精度、控制器、编程语言和安全功能等方面存在差异。例如，Universal Robots（UR）系列自由度为 6，有效载荷 UR3 为 3kg、UR5 为 5kg、UR10 为 10kg；Kuka LBR 自由度为 7，有效载荷 LWR4 + 和 LBR iiwa 7 均为 7kg。
- 上肢康复
- 单侧上肢康复：多种控制方式在不同研究中得到应用。基于力传感器和内部安全配置的控制，如 UR5 cobot 配备外部力 / 扭矩传感器进行模拟测试，显示在适当安全策略下可支持中风康复；ABB IRB 14000 YuMi cobot 配备定制手臂支撑和手柄，能提供被动和主动辅助康复模式。Assist - As - Needed（AAN）策略控制，如 KUKA LBR iiwa 14 cobot 基于 AAN 原则调整支持，提高运动平滑度；Franka Emika cobot 采用 AAN 控制算法增强患者参与度。基于表面肌电图（sEMG）数据的控制，多项研究表明 cobots 可通过 sEMG 反馈肌肉活动和力的应用，如 UR5 cobot 在运动中记录肌肉活动，显示肌肉活动与机器人力的相关性。此外，还有结合游戏化和虚拟现实（VR）、其他反馈形式（如动态运动原语 DMPs、计算建模和自学习方法）的控制方式，均展现出在康复中的潜力。
- 双侧上肢康复：使用 UR5 和 UR10 cobots 探索双侧上肢康复，开发的三阶段轨迹生成方法和增强系统，可实现安全、个性化的康复训练。
- 下肢康复
- 基于电生理数据的控制：如 ROBERT? 与 sEMG 触发的功能电刺激（FES）结合的混合系统，用于下肢康复，在提高运动重复成功率和力量生成方面有一定效果，但患者反应存在差异，凸显自适应康复系统的需求。
- 基于 AAN 策略的控制：改进后的 ROBERT? 与 FES 和 AAN 策略结合，在检测用户行为和调整辅助水平方面具有较高准确性，对提高患者参与度、自主努力和运动学习有潜在作用，但仍需更多临床试验验证。
- 基于其他反馈形式的控制：研究表明 Kuka LBR iiwa 用于脚踝康复有一定效果，但需改进运动控制和监测；评估 ROBERT? 对改善 SCI 后髋屈肌力量的可行性研究显示其有潜在效果，且成本效益分析表明该设备可能降低医疗成本。
讨论
Cobots 在康复领域具有独特优势，如先进安全特性、实时适应性等，可解决传统机器人的部分局限性。目前研究多集中在下肢康复，且使用 ROBERT? 系统为主。研究显示机器人辅助结合 AAN 策略和 / 或 FES 能提高患者参与度、自主努力和特定任务的运动恢复。然而，目前缺乏对中风和 SCI 患者上肢康复的研究，这是一大研究空白。Cobots 适用于临床环境，可进行重复性、特定任务的练习，但在下肢康复中功能有限，主要起辅助作用。虽然 cobots 可通过多种策略提高患者参与度，AAN 控制策略也展现出个性化治疗的潜力，但仍需更多临床研究验证其对不同运动障碍患者的疗效。此外，成本效益也是重要考量因素，虽有研究表明部分设备可降低医疗成本，但高初始投资和运营费用差异需要更多研究评估长期成本效益。当前研究还存在一些挑战，如治疗师需持续培训以有效操作 cobots，cobots 和传统工业机器人定义不明确，研究方法存在不足，部分 cobots 低有效载荷限制其应用等。
结论
本综述表明 cobots 在中风或 SCI 后的运动康复中具有潜在应用价值，但要更好地应用于康复领域，还需进一步研究。未来应规范定义、改进研究方法、开展更多针对中风和 SCI 患者的研究，以提高研究结果的普遍性，优化 cobots 在康复中的有效性，促进其可持续地融入临床实践。
