上下肢康复机器人的结构设计与开发开题报告
下肢外骨骼机器人的设计与研究的开题报告
下肢外骨骼机器人的设计与研究的开题报告一、研究背景与意义随着人口老龄化的加速，全球各国都面临着人口老龄化和失能化的挑战。
特别是因瘫痪、疾病和伤残等造成的下肢丧失功能问题，对患者的生活和社会参与产生了严重的影响。
因此，开发一种能够帮助下肢失能患者重获行动能力的技术十分重要。
下肢外骨骼机器人作为一种可行的解决方案出现在人们的视野中。
下肢外骨骼机器人是一种可穿戴的机器人装置，可将人类的自然步态与机器的控制技术结合起来，帮助行动不便的人完成行走、站立、爬楼梯等动作。
它是机器人技术在医疗保健领域的重要应用之一，已经引起了广泛的关注和研究。
目前，下肢外骨骼机器人的研究主要集中在机械结构、控制策略、传感器和动力系统等方面。
然而，现有的下肢外骨骼机器人存在一些问题，如重量过大、成本高、动态稳定性差、控制精度低等。
因此，为了提高下肢外骨骼机器人的性能和实用性，需要进行更深入的研究和探索。
二、研究内容与方法本论文的研究内容是下肢外骨骼机器人的设计与研究。
具体包括以下几个方面的内容：1. 机械结构设计：根据人体运动学原理和生物力学特征，设计一种适合下肢外骨骼机器人的轻便、稳定的机械结构。
主要包括动力学分析、结构优化设计等。
2. 传感器与控制系统设计：设计一套智能化的传感器和控制系统，能够实时获取患者的运动状态和环境信息，并对机器人进行高精度、高效的控制。
主要包括传感器选择、数据采集、控制算法设计等。
3. 动力学系统设计：设计一套高效、可靠的动力学系统，能够为机器人提供足够的动力和能量，以帮助患者完成各种行走、站立等动作。
主要包括电机选择、传动系统设计等。
本论文的研究方法采用理论分析、仿真模拟和实验验证相结合的方法。
首先通过理论分析和仿真模拟，优化机器人的结构和控制系统，提高系统的性能和稳定性。
接着，利用实验验证我们所设计实现的机器人，以验证其实用性和可靠性。
三、预期成果及意义通过本论文的研究工作，预期有以下几个成果：1. 设计出一款轻便、稳定、安全、易操作的下肢外骨骼机器人，能够帮助下肢失能患者恢复行动能力，提高其生活质量和社会参与度。
上肢康复机器人设计与运动规划的开题报告
上肢康复机器人设计与运动规划的开题报告一、研究背景与意义近年来，随着人口老龄化趋势的加剧，中风、脑损伤等疾病的发病率也逐渐上升。
这些疾病通常会给患者带来不同程度的上肢肌力障碍、运动失调和协调障碍等问题，给患者的日常生活造成极大困扰。
上肢康复机器人可以通过运动训练帮助患者恢复上肢运动能力，提高生活质量。
而上肢康复机器人的设计与运动规划对于机器人的性能与适应性具有很大影响。
在机器人的设计上，需要考虑机器人的结构、控制系统、传感系统、下位机操纵等方面；在运动规划上，需要根据患者的情况，采取合适的运动模式与训练方案，使机器人能够满足患者的康复需求，达到最好的效果。
二、研究内容1. 上肢康复机器人的设计：主要包括机器人的结构、控制系统、传感系统、下位机操纵等方面的设计。
2. 运动规划方法研究：主要包括患者运动状态的监测、运动学与动力学分析、运动规划算法等方面的研究。
3. 运动训练策略设计：主要根据患者的病情及运动功能恢复情况，设计相应的训练方案，并通过机器人进行训练。
三、研究方法1. 搜集文献资料，掌握上肢康复机器人的最新设计与研究进展。
2. 对目前广泛采用的上肢康复机器人进行系统评估，分析其优缺点。
3. 设计并制造一台上肢康复机器人原型。
4. 基于机器人传感器和运动学及动力学分析，研究基于运动规划的上肢康复机器人的运动控制方法。
5. 设计基于机器人的上肢康复训练策略，开展对患者的运动训练。
四、预期研究结果1. 一台高性能、适应性强的上肢康复机器人原型。
2. 一套基于运动规划的上肢康复机器人的运动控制方法。
3. 一套基于机器人的上肢康复训练策略，可以通过机器人进行患者的运动训练。
五、研究意义1. 基于运动规划的上肢康复机器人的设计可以为上肢康复机器人的技术改进提供一种新的思路。
2. 开发一款适应性强、性能稳定的上肢康复机器人，可大大提高患者的康复治疗效果，改善患者生活质量。
3. 该研究成果对于推广康复机器人技术，提高我国康复医学技术水平具有积极的推动作用。
三自由度主动式上肢康复机器人结构设计与开发的开题报告
三自由度主动式上肢康复机器人结构设计与开发的开题报告一、研究背景近年来，随着人口老龄化的加剧，上肢功能障碍相关的疾病和意外事件也逐渐增多。
恢复患者上肢功能的康复治疗是非常重要的，然而传统的手动康复训练存在效率低、重复性差、无法实现力控等缺点。
因此，研究开发智能化、主动式的上肢康复机器人成为了当前研究的热点。
二、研究目的本项目旨在设计和开发一种三自由度的主动式上肢康复机器人。
该机器人能够实现运动轨迹控制、力控制、力矩控制等功能，同时能够适应不同患者的康复需求。
三、研究内容1. 设计并制造机器人结构：根据上肢人体解剖学结构、康复需求及机器人系统的功能要求，设计机器人的结构框架，并进行实物制造。
2. 实现运动轨迹控制：采用运动学及动力学模型设计运动轨迹控制算法，并结合PID控制方法优化控制效果。
3. 实现力控制：通过力传感器获取机器人与患者之间的作用力信息，设计力控制算法，实现精确控制力的传递。
4. 实现力矩控制：通过力-电机转矩传递模型设计力矩控制算法，实现对机器人输出的力矩进行控制。
四、研究方法1. 建立机器人动力学模型，并根据特定条件分析其动力学特性。
2. 采用ROS中的机器人操作系统进行数据处理以及机器人运动控制，使用C++语言编程实现程序。
3. 对机器人的运动学及动力学控制采用PID控制方法进行优化。
五、研究意义本项目设计的三自由度上肢康复机器人可以在各种严重致残的情况下进行康复训练，以尽快恢复患者的运动功能，缩短患者的康复时间，提高康复效果。
在工业方面，该机器人的研发也可以广泛应用于生产线上，使得人机协作更加高效，降低劳动强度，提高生产效率。
六、研究计划本项目计划在一年内完成，具体工作计划如下：1. 第1-2个月：设计上肢康复机器人结构，搜集机器人所需材料，进行机器人结构的制造和装配工作。
2. 第3-4个月：建立机器人动力学模型，编写机器人运动轨迹控制算法，在机器人上进行实验。
3. 第5-6个月：采用力传感器获取机器人与患者之间的作用力信息，并进行力控制实验。
上肢康复机器人训练控制策略研究开题报告
上肢康复机器人训练控制策略研究开题报告研究背景与意义：四肢康复机器人已经成为康复治疗的重要手段之一，其通过运动学支撑和力矩控制对患者肌肉进行训练，提高肢体运动能力，促进神经系统康复。
然而，目前多数四肢康复机器人存在着控制精度不高、训练难度逐渐降低、缺乏个性化训练等问题。
针对这些问题，本研究拟开展上肢康复机器人训练控制策略研究，力求构建高精度、高度个性化、灵活性强的上肢康复机器人训练控制策略，提高上肢康复机器人的康复效果和应用范围，为上肢康复治疗提供有效的技术支持。
研究内容与方法：1.设计上肢康复机器人控制策略，以运动学支撑和力矩控制为基础，针对上肢康复训练中常见的运动动作和康复路径设计控制算法，包括基于模型的控制算法和基于非线性控制的算法。
2.采集患者上肢运动数据，基于机器学习算法构建患者运动模型，实现个性化训练控制策略。
采用传感器、EMG信号等技术手段，获取患者上肢运动的数据，建立患者的运动特征模型，实现个性化训练控制策略。
3.设计上肢康复机器人虚拟现实训练系统，提高康复治疗的趣味性和病人的参与度。
利用虚拟现实技术，设计实时头显和手套操控界面，为患者提供更真实、更智能、更个性化的上肢康复训练体验。
4.开发上肢康复机器人训练控制系统，实现机器人的动态适应和自我修正，提高康复训练的安全性和有效性。
利用ROS等开源机器人操作系统，实现机器人控制系统对环境的感知和反馈，实现机器人动态适应和自我修正。
研究预期成果：本研究旨在构建一套高性能的上肢康复机器人训练控制策略。
具体成果包括：1.设计并实现上肢康复机器人控制策略，提高运动学支撑和力矩控制算法的控制精度和稳定性。
2.基于机器学习算法构建患者运动模型，实现个性化训练能力。
3.利用虚拟现实技术设计开发上肢康复机器人虚拟现实训练系统，提高康复治疗的趣味性和病人的参与度。
4.开发上肢康复机器人训练控制系统，实现机器人的动态适应和自我修正，提高康复训练的安全性和有效性。
上肢康复机器人系统的研究与开发的开题报告
上肢康复机器人系统的研究与开发的开题报告一、研究目的：上肢功能恢复机器人系统是针对上肢功能障碍患者所研发的一款医疗康复设备。
本研究旨在通过研究上肢康复机器人系统的技术结构、康复机理以及康复效果，为上肢功能障碍患者提供更加准确、科学、有效的康复手段，提高其康复效果和生活质量。
二、研究内容：（1）上肢康复机器人系统的技术结构：本研究将对上肢康复机器人系统中的硬件结构进行分析和研究，了解其各部分的构成、性能和工作原理。
同时，对其软件系统的设计、实现和优化进行探究。
（2）上肢康复机器人系统的康复机理：本研究将通过系统的理论研究，了解上肢康复机器人系统在康复过程中的机理，深入探讨其对患者上肢运动恢复的作用和促进作用。
（3）上肢康复机器人系统的康复效果：本研究将对上肢康复机器人系统进行实验研究，获取其在康复过程中对患者的康复效果和生活质量的影响，通过对实验结果的统计和分析，提高康复机器人系统的性能和效果。
三、研究方法：（1）文献调研法：通过对国内外文献的研究，了解上肢康复机器人系统的发展历程、技术发展现状以及相关应用，为本研究打下坚实的理论基础。
（2）实验研究法：通过设计实验，验证上肢康复机器人系统在康复过程中的效果和实现效果的因素。
主要在运动学和动力学指标计算方面验证机器人的性能。
（3）数据处理法：通过对实验数据的收集、处理和分析，研究上肢康复机器人系统在康复过程中对患者康复效果的影响，为提高机器人的性能和效果提供科学的依据。
四、研究意义：本研究将对上肢康复机器人系统的技术结构、康复机理以及康复效果进行深入探究，为上肢功能障碍患者提供科学的康复手段，有效提高其康复的效果和生活质量。
同时，还将推动医疗康复技术的发展，促进智能医疗设备的创新与应用。
五、研究进度：本研究将分为三个阶段进行：第一阶段是文献调研阶段，在此阶段将系统地收集、整理、筛选有关上肢康复机器人系统的国内外文献资料，以此为基础明确研究任务和研究方法。
下肢康复训练机器人关键技术研究的开题报告
下肢康复训练机器人关键技术研究的开题报告1. 研究背景和意义随着人口老龄化和运动受伤等疾病的增加，下肢功能障碍的患者数量逐年增加。
这些患者通常需要进行持续的物理治疗来恢复运动能力并提高生活质量。
传统的康复治疗方法需要手动操作，需要长时间的训练和高度专业的技能，效率低下。
因此，发展一种带有自动化和智能化的下肢康复训练机器人成为许多研究者的热门方向。
机器人康复技术是一个具有很高发展潜力的领域，在国内外研究机构和医院已经展开研究。
2. 研究内容和目标本课题主要研究下肢康复训练机器人的关键技术，包括机器人控制系统、运动学模型、动力学模型、力传感器、软件系统等，在此基础上设计并制作一款下肢康复训练机器人，实现康复训练的自动化和智能化，提高康复效果和工作效率。
具体研究目标如下：（1）掌握下肢机器人康复训练的理论基础和技术要求；（2）设计具有多自由度的下肢康复训练机器人；（3）研究下肢机器人控制系统和运动学、动力学模型；（4）研究下肢康复训练机器人的力传感器技术；（5）设计康复训练机器人的软件系统，实现自动化控制和智能化诊断；（6）进行下肢康复训练机器人的实验验证，评估康复效果和工作效率。
3. 研究方法和技术路线本课题采用以下方法和技术路线：（1）文献调研：深入了解关键技术的最新发展情况和研究现状，为本研究提供理论和实践基础；（2）机器人设计：依据下肢康复训练的要求和机器人控制要求，设计具有适当自由度的机器人模型；（3）数学模型：建立机器人的运动学模型和动力学模型；（4）力传感技术：通过阻抗控制技术研究和设计具有高精度和稳定性的力传感器；（5）软件设计：根据实验要求，设计机器人控制软件，实现自动化控制和智能化诊断；（6）实验验证：对研制的下肢康复训练机器人进行实验验证，评估其康复效果和工作效率。
4. 预期结果和创新点本研究预期实现：（1）设计并制作一种具有多自由度、高精度和稳定性的下肢康复训练机器人；（2）研究建立机器人的运动学模型和动力学模型，实现机器人的精确控制和运动规划；（3）采用阻抗控制技术研究和设计康复训练机器人的力传感器，实现康复训练的精确力量控制和力量反馈；（4）设计康复训练机器人的软件系统，实现自动化控制和智能化诊断；（5）开展实验验证，评估机器人康复训练的效果和工作效率。
坐卧式下肢康复机器人机构设计及人机系统动力学模型辨识的开题报告
坐卧式下肢康复机器人机构设计及人机系统动力学模型辨识的开题报告第一部分：选题背景及研究意义坐卧式下肢康复机器人已经广泛应用于临床，可以有效地辅助患者进行下肢康复训练。
机器人的机构设计和控制系统对于机器人的性能和康复效果起着至关重要的作用。
因此，对机器人机构进行优化设计和人机系统动力学模型辨识的研究具有重要的理论和实践意义。
本文旨在通过研究坐卧式下肢康复机器人机构设计和人机系统动力学模型辨识，探讨机器人机构设计和控制系统的优化方法，提高机器人的康复训练效果，促进机器人在临床康复领域的应用。
第二部分：研究内容及方法本文将围绕以下研究内容进行深入探讨：1. 坐卧式下肢康复机器人机构设计：对机器人机构进行优化设计和性能分析，包括机器人关节的结构形式和参数选取、机器人运动学分析和仿真等。
2. 人机系统动力学模型辨识：通过对机器人康复训练系统进行力学建模和数据采集分析，辨识机器人的动力学模型，包括关节刚度、惯性、摩擦等参数。
3. 坐卧式下肢康复机器人控制方法研究：针对机器人的运动特性和关节的受控对象，设计控制算法，实现对机器人的自适应、精准和安全的控制。
本文主要采用以下研究方法：1. 理论分析法：通过对机器人运动学、动力学、控制理论等进行理论分析，设计机器人的控制算法和优化机构结构。
2. 数值仿真法：采用MATLAB/Simulink等软件进行数值仿真分析，模拟机器人康复训练过程中的运动状态和关节反应，并且实现模型辨识和控制算法的有效性验证。
3. 实验研究法：设计实验平台，进行机器人康复训练实验，采集实验数据，分析算法的有效性和机器人康复训练效果。
第三部分：预期目标通过本文的研究，期望实现以下目标：1. 设计优化坐卧式下肢康复机器人的机构结构，提高机器人的运动灵活性和稳定性。
2. 辨识坐卧式下肢康复机器人的关节动力学模型，提高机器人的运动精度和控制效果。
3. 实现坐卧式下肢康复机器人的自适应、精准和安全的控制，提高机器人康复训练的效果和适应性。
下肢肌肉训练机器人设计的开题报告
下肢肌肉训练机器人设计的开题报告1. 背景介绍随着社会的发展和现代化进程的加速，人们的生活方式发生了巨大的变化。
现代科技带来的便利也随之导致了我们的健康状况下滑，长时间的久坐和少运动，加上饮食习惯的改变，导致越来越多的人出现肌肉萎缩、力量下降等问题。
下肢肌肉训练是保持身体健康和良好机体活动功能的重要手段之一。
然而，由于训练难度大、针对性差等问题，许多人无法有效地进行下肢肌肉训练。
机器人作为一种新兴的科技手段，具有精准的调节、高效的训练效果，因此在下肢肌肉训练方面具有广阔的应用前景。
2. 研究目的本文旨在设计一种适用于下肢肌肉训练的机器人，通过智能化的控制和设定参数，实现对下肢各部位肌肉的精准训练和度量。
通过实验研究验证机器人训练的有效性和可行性。
3. 研究内容和方法（1）机器人设计：本文将采用机械臂、电机和传感器等装置组成下肢肌肉训练机器人。
机器人的设计要求能够满足不同基础和需求人群的训练，通过设定参数和智能控制进行下肢肌肉的训练和度量。
（2）系统控制：设计机器人的控制系统，包括机器人的执行、传感器数据的采集、运算和分析。
（3）实验验证：设计实验并分析实验结果，验证机器人训练的有效性和可行性。
4. 预期成果：（1）设计出适用于下肢肌肉训练的机器人。
（2）实现对下肢各部位肌肉的精准训练和度量。
（3）通过实验验证机器人训练的有效性和可行性。
5. 研究意义：（1）满足人们不同的下肢肌肉训练需求，提高健康水平。
（2）提高下肢肌肉训练的效率和效果。
（3）为机器人技术在医疗和康复领域的应用提供新的思路和方法。
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上下肢康复机器人的结构设计与开发开题报告班级/学号：机械1101班/2011010015姓名：陈炜指导教师：刘相权一、综述1.1研究的背景和意义随着医疗卫生条件的发展和经济条件的改善，人类平均寿命不断增长，老年人口日益增多，老龄人群的健康问题也成了人们共同关心和面临的问题。
其中，对老年人造成严重伤害的一种疾病就是中风。
中风，属于脑血管疾病的一种，其所出现的脑血液循环障碍将直接对人的大脑组织造成不可恢复的损伤，从而导致偏瘫后遗症的产生，偏瘫后遗症的康复治疗更是广大医护工作者和患者所面临的棘手问题。
因此，中风由于它的高致残率、高复发率和高死亡率等特点，被世界卫生组织确定为危害当今人类健康的第一杀手。
在当前医疗条件下，医护人员对于患者的急性中风能够采取比较有效的治疗手段来保证患者的生命安全。
但是，中风所引起的诸如偏瘫、运动功能障碍、语言功能障碍、神志障碍等后遗症，却成为当今医疗界所面临的一个难题。
在中风后遗症患者中，大多属于运动功能障碍，资料显示中风后因运动功能障碍而生活不能自理的高达42.5%。
这不仅使得患者生活不能自理，而且也为患者家庭带来极大的心理与经济负担。
临床研究表明，对中风后遗症患者，必须争取早期康复治疗，尤其在发病后的前三个月内进行康复治疗是获得理想功能恢复的最佳时机，治疗总有效率可达92.4%。
因此，我们迫切需要寻求一种有效的康复手段，使得中风后遗症患者能够最大限度的恢复到正常状态，以减轻患者的生理和心理痛苦，减轻家庭和社会的负担。
目前，在偏瘫上下肢康复训练方面，国内外医疗界所采用的主要是康复训练师亲自对患者进行康复指导和训练。
这种治疗方式虽然取得较好的治疗效果，但是仍然存在下述三方面的问题：（1）患者较多的情况下，一名康复训练师不可能在同一时间对多名患者进行有效地康复训练，治疗效率低下。
即便是技术娴熟的康复训练师可以同时照顾多名患者，那么由于其体力的限制，也不能保证每个患者都能得到足够强度的康复训练。
此外，康复训练师的技术能力不尽相同，不同康复训练师的治疗效果也有很大差异，很难保证每个患者都能得到高效合理的康复治疗。
（2）因为技术差异，一些康复训练师不能根据患者病况程度精确拿捏康复治疗方法和力度，不能准确记录患者康复进程中的各种病况数据，从而导致康复评价指标不够客观合理，影响治疗方案的进一步完善和改进，耽误患者的康复治疗。
（3）由于现在人力成本的不断提高，康复训练师的服务费用也不断增加，对于经济条件较差的患者，其家庭将无力承担高昂的康复训练费用，这也无疑会耽误患者治疗，影响患者一生的幸福。
综上所述，仅依靠康复训练师亲自对患者进行的康复指导和训练，无疑会制约偏瘫后遗症康复训练手段的进一步发展，影响患者康复治疗的效果，增加患者家庭负担和社会的医疗成本。
因此，有必要将先进的技术手段应用到偏瘫康复治疗领域，以替代康复训练师而进行新型的康复指导和训练，从而为广大患者送去健康的福音。
在这种背景下，康复机器人应运而生了。
康复机器人是将机器人技术应用到康复工程的产物。
与传统的康复治疗手段相比，康复机器人具有以下四个优势：（1）利用康复机器人进行康复治疗，不会由于康复训练师的个人原因而造成患者的康复训练达不到足够的强度。
（2）患者可以购买或者租赁一台康复机器人，按照使用说明和医生给出的治疗方案，在家里进行自主的康复训练，而不受治疗地点的限制，治疗时间也能得到保障。
（3）康复机器人可以通过一些高科技的技术手段，在患者康复训练的同时为患者提供一些丰富多彩的训练内容和患者感兴趣的放松娱乐内容，使治疗过程不再那么枯燥乏味，提高患者参与治疗的积极性。
（4）康复机器人能将治疗效果信息及时反馈至身在异地的康复医生，以便其根据患者康复情况制定出更合理的治疗方案，实现远程治疗。
然而，目前国内外已有的康复治疗机器人，结构庞大，系统复杂，而且费用比较昂贵，不够简洁轻便，并且大都为只针对上肢或者只针对下肢的两钟类别的康复机器人，这使得康复机器人的适用范围受到了限制。
基于此，本文拟设计一种结构简单，稳定度高，安全性好，易于操作的集上下肢于一体的康复辅助训练机器人，为广大偏瘫患者带去康复的希望。
因此，本课题的研究具有重要的现实意义。
1.2国内外研究现状及发展趋势目前，康复机器人技术是医工交叉结合的崭新领域，将先进的机器人技术应用在医疗领域中的康复机器人，是机器人技术和康复医学完美结合的体现。
康复机器人分为：康复训练机器人和功能辅助型机器人。
康复训练机器人能够辅助患者进行如：人的下肢行走、手臂运动、颈部运动等功能的恢复性训练；功能辅助型机器人有机器人假肢、导盲手杖、智能轮椅等，主要用来帮助有肢体运动功能障碍的患者实现各种运动。
本文设计的是上下肢康复辅助训练机器人，用来帮助上肢和下肢有运动功能障碍的偏瘫后遗症患者进行康复训练，以达到恢复人体肌体组织的运动机能，实现肌体组织自然化动作的最终目标。
1.2.1国外研究现状欧美国家在康复机器人的相关研究工作方面起步较早，而且得到了机器人研究者和医疗机构的普遍重视。
从20世纪60年代开始，许多研究者就尝试将用于残疾人康复治疗的机器人系统产品化，虽然取得一定的研究成果，但是康复机器人的发展仍然比较缓慢。
直到20世纪80年代，康复机器人研究仍然处于起步阶段。
但是进入20世纪90年代以后，康复机器人的研究步入了全面发展的快车道。
（1）上肢康复辅助训练机器人国外研究现状1991年，麻省理工学院设计制作了第一台上肢康复训练机器人系统MIT-MANUS，如图1.1所示。
该机器人主要用于病人的肩、肘康复治疗，其原理上采用五连杆机构，有效降低了机器人末端执行器的阻抗，实现了康复训练的安全性、舒适性和平稳性，在临床应用中取得了良好的治疗效果。
此外，MANUS还可以利用计算机准确测量手臂的平面运动参数，该参数可以通过人机交互界面直接反馈给患者。
图 1.1MIT-MANUS上肢康复机器人图 1.2ARM-Guide 1999年，美国加州大学Reinkensmeyer与芝加哥康复研究所Kahn等联合研发了一种辅助康复和测量向导的设备ARM-Guide，如图 1.2所示。
该设备主要用来测定患者上肢的活动空间。
2000年，他们在ARM-Guide的基础上进行了优化改进，设计出了一种新的ARM-Guide，用以辅助治疗和测量脑损伤患者上肢运动功能。
这种新设备具有三个自由度，采用电机驱动，其姿态可以通过一个直线轨道进行调整。
而且还可以通过传感器测量患者前臂所产生的力，但是这种设备运动和训练方式比较单一。
图 1.31DOF腕关节康复机器人图 1.42DOF肩肘关节康复机器人2005年，意大利的Roberto Colombo等人设计了腕关节康复机器人（图 1.3所示）和肩肘关节康复机器人（图 1.4所示）。
两者分工完成各自的训练任务，以实现对患者腕关节和肩肘关节的康复训练。
其中腕关节康复机器人可以借助自身良好的控制系统实现±90范围内的康复训练，肩肘关节康复机器人则主要实现肩肘关节在二维空间的自然伸缩。
图 1.5ARMin上肢康复机器人2006年，瑞士苏黎世大学的Nef等研制了一种新型上肢康复机器人ARMin，如图 1.5所示。
该机器人采用不完全外骨骼结构，具有六个自由度，能够实现肘部屈伸和肩膀的空间运动。
使用过程中，可以分别选择不同的适合患者的康复训练模式，完成对上肢损伤患者的康复训练。
此外，还有其他很多研究者或研究机构对上肢康复训练机器人进行了大量研究，取得丰硕的成果。
如：荷兰代夫特技术大学设计了一种可穿戴式机器人，它能像衣服一样穿在患者的肢体上，与患者的上肢一起运动，从而达到康复治疗的效果。
某研究者设计了一种利用控制患者腕关节运动位置的机器人，实现患者手臂康复训练。
（2）下肢康复辅助训练机器人国外研究现状现在很多下肢康复器械的设计方案都是将助行机构与跑步机和悬吊系统相结合，例如图1.2.1所示是由瑞士苏黎世联邦工业大学设计研制的一款LOKOMAT全自动机器人步态训练与评估系统。
该系统主要包括步态矫正装置、减重悬挂系统和智能跑台等装置，该系统可以调整步态训练模式，使步态矫正装置带动病人的双腿在跑台上作不同的锻炼，控制系统可以控制步态矫正机构上的执行元件，驱动患者的髋关节和膝关节作相应运动，动力电机可以精确地控制跑台运行速度，使之与病人的行走速度相耦合。
其控制系统可以精确调整，使之可以适应不同患者的康复训练。
在矫正装置的各个关节上均安装有压力传感器，可实时精确地监控矫正装置对患者的作用力。
目前，LOKOMAT系统已经成功地被全球100多家有名的研究所和康复医院引进使用。
还有一种常见的设计方案是外骨骼动力辅助系统，其代表是日本筑波大学（Tsukuba University）大学设计开发的机器人装混合助力腿（HAL），如图1.2.2所示，HAL主要结构包括背包、感应控制装置和分布在髋关节和膝关节两侧的4个电机，该产品主要用于帮助步态没有协调性的患者行走，可以帮助患者以4千米每小时的速度行走，并且能完成上下楼梯等复杂动作，其运动由患者通过控制器控制，无需任何操纵台，也不需要外接任何控制设备。
该装置配备了很多传感器，如地面传感器、肌电传感器、角辨向器等，可以辅助控制器根据生理反馈调整人的姿态，使人感到舒适。
上述两种典型设备控制可实现的功能多、康复功效好，但系统庞大且复杂、价格昂贵，只适合康复医疗中心引进以供患者使用，对于一般患者难以承受,因此市场上还有多种简单便携式的下肢康复设备。
图1.2.3所示装置是德国OPED公司生产的主被动活动器CAM0PED，该装置针对不同患者的情况可实现不同的康复模式。
对于下肢瘫痪情况较为严重的患者，可以采用完全电机驱动模式；对于单侧腿瘫痪的患者，可以采用以健康腿的运动带动患腿运动的模式。
如此可以有效地帮助患者恢复肢体感觉，对于患者恢复腿部机能也有较好的帮助。
这种产品的特点是重量轻、结构简审，小巧便携。
图1.2.4所示器械为日本东京大学研制出的一种主动力型康复医疗器械HartWalker，其结构主要包括两个竖直的KAF矫形器和一个支撑减重兼平衡作用的四轮车。
此器械在使用时，人的重量主要集中在中间的竖直杆上，如此设计的作用是可以解放出人的双手进行一些辅助的操作。
总之，国外下肢康复器械新产品的一些主要特点有：（1）智能化。
传统机械与计算机技术紧密结合，利用先进的传感器技术和控制技术使康复器械达到各种预期功用；（2）人机一体化。
将生物工程技术用于人体康复工程，使康复者能够在舒适的前提下进行康复训练。
1.2.2国内研究现状（1）上肢康复辅助训练机器人国内研究现状与国外相比，我国在康复辅助训练机器人领域的探索和研究开始较晚。
但是近年来，随着我国经济的发展和人民群众对健康关注程度的提高，国内的一些科研院所以及高等学校在康复辅助训练机器人方面相继开展了大量的设计研究，开发和研制出了多种型号的用于上肢康复辅助训练的机器人样机。