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 个人的手臂的运动 轨迹不定的问题 ，使我们能够避免通过 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 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。

 ， ， ， ， 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 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。

第种类型是个端点的固定系统，如 ，可以修复的患者的前端的部分， 用户设备 引导所需的变动。

也就是说，中风 瘫痪 患者可以执行 动作 ，只有前臂支撑。

是第二类型的 线 缆悬挂系统如 重力补偿系统。

它提供了康复服务的 在反重力 的支持。

第三类是外骨骼臂系统，如 。

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 自由度的 设计，结合选择性反向运动学 解决方案，阻抗控制 ，由 触发 而 改进的 。

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 接近个正常的人，并提供协调的机械结构。

在本研究中 因为 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 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。

等 人 年 指出，它是个复杂的运动协调肌肉的共同收缩和偏心活动在内侧 外侧和向前 向后方向。

此外，个显 示 运动皮层的激活和复制 些 几何形状的 的视觉 反应 之间的关系 文献已经发表过 。

康复机器人的设计 机械结构 人类的上肢的程度的自由度 通常被定义为独立的位移或运动的总数。

般来说，肩关节复杂的 自由度 运动前屈 后伸，外展 内收， 旋 内 旋 外， 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，但事实上，它可能无法实现，因为它产生的运动范围 ，特别是 肩会运动到 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 比个人的手臂 多个关节， 产生了 个自由度机械手，包括 肩关节的 机器人 ，在肘关节的 自由度 和 自由度在腕关节，如示于图 。

图 康复机器人的图片 在下文中，图 显示了个人的上肢和其与所提到的 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 个关节，为水平面内运动， 关节 为矢量面内 运动 ， 运动的机械 关节 的 的康复机器人， 即 关节 的 旋内 旋 外 运动 ，机械 关节 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 ，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 厘米至 厘米之间变化，而 与前臂可以作出 厘米和 之间变化厘米。

图 人体上肢的运动模型个人的手臂模型 康复机器人 系统架构 根据般的控制系统的功能，它可以被分为三类 传感器系统 驱动装置 和 计算 机 处理器。

传感器系统通常包括电位器，对于每个关节的电机的编码器，以及肌电图 和 用于人类的上肢的力传感器 。

肌肉表面所连接的 电极对 收集患者 的 信号。

此外， 康复 机器人配备 个力传感器安装在机器人与人的手臂之间的连接， 如 图 所示， 每个力传感器来实现通过对应变计用于测量人类和机器人之间的相互作用力。

从上臂由两个力传感器测得的力是由于肩膀前屈 后伸，水平内收 外展。

肘部弯曲 伸展与肩旋转产生的相互作用力测量前臂。

另方面，康复机器人 的电位计 在每个 关节 处输出的绝对值的该特定关节的关节位置信息。

但是，为了 实现更精确的位置 和 速度控制， 每个关节的电机的电机编码器 安装 到相对更高的分辨率的相关关节的关节位置信息提取， 驱动 装置 使 用直流电动机的 系列，具有重量轻和高扭矩的显着功能。

图 安装在机器人手臂的 四个力传感器。

照片 所示的传感器可以感知力的肩膀前屈 后伸。

照片 显示的传感器，可以感知力的肩膀，水平内收 外展。

的结构是类似的上臂和前臂的传感器，可以感知弯曲 伸展的力量和肩部旋转。

康复机器人运动学 图 自由度康复机器人手臂 在本节中，我们将尝试通过逆运动学解 决方案的研究，探讨所有可行的这 个自由度的外骨骼型康复机器人手臂的运动。

为了满足这目的，机器人结构的简化示意图画在图 ，共 个坐标被分配到基地和运用 的 表示法使用的 个关节轴的适当位置上。

在 下文 中，我们将调用的坐标框架为方便起见，联合支点 作为 起源。

请注意，关节 和 关节 是固定的，因此 ，相关的旋转角度  和  是恒定的，个 形 连接臂在原点的坐标系 的连结与把手的坐标原点在抓框架 。

符号 滑动关节和   旋转 关节 被视为对应于各种关节运动的变量，相关的 参数示于表 。

表 康复机器人 参数 由于我们的 康复 机器人的设计属于外骨骼型，它是 合理的假设 ，在正常运行的人的手臂基本上构成平行的康复机器人臂，这自然推断些联合枢转的轨迹机器人应保持在适当的关系与这些的些相应的人的手臂的关节。

根据此平行运动的原则，而不是解决逆运动学解决方案通常发现整个机器人的运动空间，我们简化了这个问题，只查找那些解决方案，例如，无论是康复机器人和人类的手臂，将符合上述原则。

从技术上讲，我们首先会尝试找到位置轨迹的基本的共同支点的康复机器人给人类手臂各关节的知识。

更具体地说，我们只找到三个位 置对应于人的肩关节，肘关节，腕关节机器人的关节支点。

反过来，我们可以很容易地根据这三个位置的姿势 解决康复机器人的几何形状。

假设我们知道人类的肩膀上的期望位置肘关节联合 ， ，手腕接头 ，上臂的长度 ，前臂 的长度 ，和并行康复机器人和人类臂之间的距离 。

记的 旋 转 关节 到关节 的机器人手臂 到 ，特别是重命名的 旋转关节，关节 和关节 作为机器人的肩部关节  ，肘 关节  ，和手腕关节  ，分别。

遵守先前提到的原则，后面的三个机器人关节与关节 ， ， ， 和人类手臂。

现在，如果我们进步表示机器人的上臂和机器人的前臂，  和  ， 分别的长度，我们可以从示于图之间的关系的人的手臂和机器人的特征。

图 所示。

图 机器人与人之间的关系 在般情况下，我们可以调整机器人的上臂和机器人的前臂的长度相匹配的人的同行的长度。

但是，我们宁愿让机器人的上臂的长度比人类的要长，以容纳身材 较 小的患者，同时解决了逆运动学问题的最佳 原则 。

现在，我 们将开始得到的解决方案如下。

图 图显示了个人的肩，肘，腕关节之间的关系，肘关节 ，个正常的计划，其中包括三个联合位置矢量的定义。

首先，我们会发现位置的机器人的肘关节 的，当人类手臂的姿势。

如 图，我们定义 人的上臂  和前臂  ，以后可以用来推导出矢量肘关节的向量    平行运动原理前面介绍的，机器人的肘关节 应位于沿 方向从人类的肘关节 ，即  然后，它是简单的，计算机器人的肩关节的位置，旦被发现的位置的机器人的肘关节。

这是因为机器人的上臂的载体是人类的上臂 矢量平行，然后，我们可以直接确定机器人的肩关节 为  现在，机器人的肩部和肘部的位置，这样我们就可以找到合适的解决方案的 从图 中的几何形状。

其结果是显示在下面的公式。

          ， 