1、英文：http:/ 5587字 关节康复机器人上肢理疗和训练 摘要：本研究的目的是设计一个机器人系统来 帮 助患者的康复，使他们能以后做各种日常活动。 假设 要使 一个 9 自由度的外骨骼 机器人 到达所期望的的位置， 这对操作系统和各关节的设计是相当的 困难 。 在本文中，我们解决操作 一个人的手臂的运动 轨迹不定的问题 ，使我们能够避免通过 错误 姿势来做康复 运动 ，同时寻找所需的解决方案，然后尽可能准确地达到所需的康复运动 动作 。此外，本研究结合肌电图（ EMG）和力传感器来检测病人的运动对他 上肢的 影响 ，使康复机器人可以支持人类的的上肢适当地 达到 预期
2、的运动。 为此 我们 对 康复机器人进行 设计 和 实验，并取得可喜的成果。 B.-C. Tsai, W.-W. Wang, L.-C. Hsu, L.-C. Fu and J.-S. Lai T
3、he 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems October 18-22, 2010, Taipei, Taiwan 1 简介 经 过去十年的发展，康复机器人物理治疗已经投入使用至今。事实上，许多康复机器人在文献 1-4已提出了上肢的治疗和援助。根据康复机器人的机械结构，主要有三种类型的中风 瘫痪 患者接触或互动的。第一种类型是一个端点的固定系统，如 MIT-Manus，可以修复的患者的前端的一部分， UE（用户设备） 引导所需的变动。也就是说，中风 瘫痪 患者可以
4、执行 动作 ，只有前臂支撑。是第二类型的 线 缆悬挂系统，如 Freebal 重力补偿系统。它提供了康复服务的 UE 在反重力 的支持。第三类是外骨骼臂系统，如 AR Min。 在这项研究中，我们的康复机器人 选择 外骨骼类型。类似人类的机器人臂（外骨骼）的使用已在文献中已经提出各种建议 ， 并 对 人的手臂的动作的原理进行解释。所有这些类人机器人的结构通常采用一些特殊的组成部分圆形的导环，以达到人的肩膀的内部 /外部旋转。然而，参与设计的特殊成分 ， 这项研究的目的是在模仿人类的 运动使用的坐标功能和生物启发的标准，以实现我们的目标。这种康复机器人是专为上肢康复外骨骼型，包括 自
5、由度的 设计，结合选择性反向运动学（ IK）解决方案，阻抗控制 ，由 EMG 触发 而 改进的 MIT-Manus 。其中， 自由度 设计是指比正常人类的上肢多个关节。这样的设计可以 让 ROM 接近一个正常的人，并提供协调的机械结构。 在本研究中 因为 IK 问题产生 重复 设计 的问题， 首先是研究机器人手臂和人的手臂 区别 ，然后 寻找 有效的和理想 IK 的几何关系 解决方案。 中风康复治疗的康复机器人的应用程序 的运动轨迹 是执行 圆形轨迹 。这个训练计划， 使患者的手臂 协调运动。 Miyoshi 等 人 （ 2010 年 ）指出，它是一个复杂的运动协调肌肉
6、的共同收缩和偏心活动在内侧 /外侧和向前 /向后方向。 此外，一个显 示 运动皮层的激活和复制 一些 几何形状的 的视觉 反应 之间的关系 文献已经发表过 。 2 康复机器人的设计 2.1 机械结构 人类的上肢的程度的自由度（ DOF）通常被定义为独立的位移或运动的总数。一般来说，肩关节复杂的 3 自由度 运动（前屈 /后伸，外展 /内收， 旋 内 /旋 外），2 个自由度，肘关节（屈曲 /伸直，前臂旋前 /旋后）， 在腕关节的自由度（前屈/后伸， 旋内 /旋 外）。理想的情况下，设计自由度上肢康复机器人能达到的所有功能
7、，但事实上，它可能无法实现，因为它产生的运动范围（ ROM），特别是 肩会运动到 一些死区。因此，我们采用 多自由度 设计来解决这个 问题。多自由 度的 康复机器人的设计提供更多可供选择的运动解决方案的同时， 避免 在相关的工作区不利的 轨迹 点 规划 。按照这样的概念，外骨骼型机器 手 臂配备 比一个人的手臂 多个关节， 产生了 9 个自由度机械手，包括 6DOF 肩关节的 机器人 ，在肘关节的 1自由度 和 2 自由度在腕关节，如示于图 2.1.1。 图 2.1.1 康复机器人的图片 在下文中，图 2.1.2 显示了一个人的上肢和其与所提到的 9 自 由度康复机器人的运动自由。显然，用来容纳由于人类的肩关节的（即 2-4 个关节，为水平面内运动， 关节 5 为矢量面内 运动 ， 运动的机械 关节 的 1-6 的康复机器人， 即 关节 1,2， 3,4,6 的 旋内 /旋 外 运动 ），机械 关节 7 是 用于人类的肘关节的运动，以及用于其它的机械 关节 ，以适应由于的人的腕关节的运动（即 关节 8-9，旋 内 /旋 外 运动）。为了使机器人适应不同病人的 需求 ，其作用机理是这样设计的，上臂的长度，可向从 26 厘米至 34 厘米之间变化，而 与前臂可以作出 24 厘米和 30之间变化厘米。
