關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人上肢理療和訓(xùn)練

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1、三自由度上肢訓(xùn)練器及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （文獻(xiàn)翻譯） 18 關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人上肢理療和訓(xùn)練 摘要：本研究的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)幫助患者的康復(fù)，使他們能以后做各種日?；顒?dòng)。假設(shè)要使一個(gè)9自由度的外骨骼機(jī)器人到達(dá)所期望的的位置，這對(duì)操作系統(tǒng)和各關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)?shù)睦щy。在本文中，我們解決操作一個(gè)人的手臂的運(yùn)動(dòng)軌跡不定的問(wèn)題，使我們能夠避免通過(guò)錯(cuò)誤姿勢(shì)來(lái)做康復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)尋找所需的解決方案，然后盡可能準(zhǔn)確地達(dá)到所需的康復(fù)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作。此外，本研究結(jié)合肌電圖（EMG）和力傳感器來(lái)檢測(cè)病人的運(yùn)動(dòng)對(duì)他上肢的影響，使康復(fù)機(jī)器人可

2、以支持人類的的上肢適當(dāng)?shù)剡_(dá)到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。為此我們對(duì)康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，并取得可喜的成果。 B.-C. Tsai, W.-W. Wang, L.-C. Hsu, L.-C. Fu and J.-S. Lai The 2010 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems October 18-22, 2010, Taipei, Taiwan 1 簡(jiǎn)介 經(jīng)過(guò)去十年的發(fā)展，康復(fù)機(jī)器人物理治療已經(jīng)投入使用至今。事實(shí)上，許多康復(fù)機(jī)器人在文獻(xiàn)[1-4]已提出了上肢的治療和援助。根據(jù)康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械

3、結(jié)構(gòu)，主要有三種類型的中風(fēng)癱瘓患者接觸或互動(dòng)的。第一種類型是一個(gè)端點(diǎn)的固定系統(tǒng)，如MIT-Manus，可以修復(fù)的患者的前端的一部分，UE（用戶設(shè)備）引導(dǎo)所需的變動(dòng)。也就是說(shuō)，中風(fēng)癱瘓患者可以執(zhí)行動(dòng)作，只有前臂支撐。是第二類型的線纜懸掛系統(tǒng)，，如Freebal重力補(bǔ)償系統(tǒng)。它提供了康復(fù)服務(wù)的UE在反重力的支持。第三類是外骨骼臂系統(tǒng)，如AR Min。 在這項(xiàng)研究中，我們的康復(fù)機(jī)器人選擇外骨骼類型。類似人類的機(jī)器人臂（外骨骼）的使用已在文獻(xiàn)中已經(jīng)提出各種建議，并對(duì)人的手臂的動(dòng)作的原理進(jìn)行解釋。所有這些類人機(jī)器人的結(jié)構(gòu)通常采用一些特殊的組成部分圓形的導(dǎo)環(huán)，以達(dá)到人的肩膀的內(nèi)部/外部旋轉(zhuǎn)。然而，參與設(shè)

4、計(jì)的特殊成分，這項(xiàng)研究的目的是在模仿人類的??運(yùn)動(dòng)使用的坐標(biāo)功能和生物啟發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)。這種康復(fù)機(jī)器人是專為上肢康復(fù)外骨骼型，包括自由度的設(shè)計(jì)，結(jié)合選擇性反向運(yùn)動(dòng)學(xué)（IK）解決方案，阻抗控制，由EMG觸發(fā)而改進(jìn)的MIT-Manus 。其中，自由度設(shè)計(jì)是指比正常人類的上肢多個(gè)關(guān)節(jié)。這樣的設(shè)計(jì)可以讓ROM接近一個(gè)正常的人，并提供協(xié)調(diào)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在本研究中因?yàn)镮K問(wèn)題產(chǎn)生重復(fù)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，首先是研究機(jī)器人手臂和人的手臂區(qū)別，然后尋找有效的和理想IK的幾何關(guān)系解決方案。 中風(fēng)康復(fù)治療的康復(fù)機(jī)器人的應(yīng)用程序的運(yùn)動(dòng)軌跡是執(zhí)行圓形軌跡。這個(gè)訓(xùn)練計(jì)劃，使患者的手臂協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。 Miyoshi等人（2

5、010年）指出，它是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)肌肉的共同收縮和偏心活動(dòng)在內(nèi)側(cè)/外側(cè)和向前/向后方向。此外，一個(gè)顯示運(yùn)動(dòng)皮層的激活和復(fù)制一些幾何形狀的的視覺(jué)反應(yīng)之間的關(guān)系文獻(xiàn)已經(jīng)發(fā)表過(guò)。 2 康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu) 人類的上肢的程度的自由度（DOF）通常被定義為獨(dú)立的位移或運(yùn)動(dòng)的總數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，肩關(guān)節(jié)復(fù)雜的3自由度運(yùn)動(dòng)（前屈/后伸，外展/內(nèi)收，旋內(nèi)/旋外），2個(gè)自由度，肘關(guān)節(jié)（屈曲/伸直，前臂旋前/旋后）， 在腕關(guān)節(jié)的自由度（前屈/后伸，旋內(nèi)/旋外）。理想的情況下，設(shè)計(jì)自由度上肢康復(fù)機(jī)器人能達(dá)到的所有功能，但事實(shí)上，它可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗a(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)范圍（ROM），特別是肩會(huì)運(yùn)動(dòng)

6、到一些死區(qū)。因此，我們采用多自由度設(shè)計(jì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。多自由度的康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供更多可供選擇的運(yùn)動(dòng)解決方案的同時(shí)，避免在相關(guān)的工作區(qū)不利的軌跡點(diǎn)規(guī)劃。按照這樣的概念，外骨骼型機(jī)器手臂配備比一個(gè)人的手臂多個(gè)關(guān)節(jié)，產(chǎn)生了9個(gè)自由度機(jī)械手，包括6DOF肩關(guān)節(jié)的機(jī)器人，在肘關(guān)節(jié)的1自由度和2自由度在腕關(guān)節(jié)，如示于圖2.1.1。 圖2.1.1 康復(fù)機(jī)器人的圖片 在下文中，圖2.1.2 顯示了一個(gè)人的上肢和其與所提到的9自由度康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由。顯然，用來(lái)容納由于人類的肩關(guān)節(jié)的（即2-4個(gè)關(guān)節(jié)，為水平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，關(guān)節(jié)5為矢量面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的機(jī)械關(guān)節(jié)的1-6的康復(fù)機(jī)器人，即關(guān)節(jié)1,2，3,4,

7、6的旋內(nèi)/旋外運(yùn)動(dòng)），機(jī)械關(guān)節(jié)7是用于人類的肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，以及用于其它的機(jī)械關(guān)節(jié)，以適應(yīng)由于的人的腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)（即關(guān)節(jié)8-9，旋內(nèi)/旋外運(yùn)動(dòng)）。為了使機(jī)器人適應(yīng)不同病人的需求，其作用機(jī)理是這樣設(shè)計(jì)的，上臂的長(zhǎng)度，可向從26厘米至34厘米之間變化，而??與前臂可以作出24厘米和30之間變化厘米。 圖2.1.2 人體上肢的運(yùn)動(dòng)模型一個(gè)人的手臂模型（b）康復(fù)機(jī)器人 2.2 系統(tǒng)架構(gòu) 根據(jù)一般的控制系統(tǒng)的功能，它可以被分為三類：（1）傳感器系統(tǒng)（2）驅(qū)動(dòng)裝置和（3）計(jì)算機(jī)處理器。傳感器系統(tǒng)通常包括電位器，對(duì)于每個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)的編碼器，以及肌電圖（EMG）和用于人類的上肢的力傳感器。肌肉表面

8、所連接的電極對(duì)收集患者的EMG信號(hào)。此外，康復(fù)機(jī)器人配備4個(gè)力傳感器安裝在機(jī)器人與人的手臂之間的連接，如圖2.2.1所示，每個(gè)力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)應(yīng)變計(jì)用于測(cè)量人類和機(jī)器人之間的相互作用力。從上臂由兩個(gè)力傳感器測(cè)得的力是由于肩膀前屈/后伸，水平內(nèi)收/外展。肘部彎曲/伸展與肩旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的相互作用力測(cè)量前臂。另一方面，康復(fù)機(jī)器人的電位計(jì)在每個(gè)關(guān)節(jié)處輸出的絕對(duì)值的該特定關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)位置信息。但是，為了實(shí)現(xiàn)更精確的位置和速度控制，每個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)的電機(jī)編碼器安裝到相對(duì)更高的分辨率的相關(guān)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)位置信息提取，驅(qū)動(dòng)裝置使用直流電動(dòng)機(jī)的FAULHABER系列，具有重量輕和高扭矩的顯著功能。 圖2.2.1

9、安裝在機(jī)器人手臂的四個(gè)力傳感器。照片1）所示的傳感器可以感知力的肩膀前屈/后伸。照片2）顯示的傳感器，可以感知力的肩膀，水平內(nèi)收/外展。的結(jié)構(gòu)是類似的上臂和前臂的傳感器，可以感知彎曲/伸展的力量和肩部旋轉(zhuǎn)。 3 康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 圖3.1 9自由度康復(fù)機(jī)器人手臂 在本節(jié)中，我們將嘗試通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解決方案的研究，探討所有可行的這9個(gè)自由度的外骨骼型康復(fù)機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)。為了滿足這一目的，機(jī)器人結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化示意圖畫在圖3.1，共12個(gè)坐標(biāo)被分配到基地和運(yùn)用Denavit的DH（D-H）表示法使用的11個(gè)關(guān)節(jié)軸的適當(dāng)位置上。在下文中，我們將調(diào)用的坐標(biāo)框架為方便起見(jiàn)，“聯(lián)合支點(diǎn)”作為起源

10、。請(qǐng)注意，關(guān)節(jié)（）和關(guān)節(jié)（）是固定的，因此，相關(guān)的旋轉(zhuǎn)角度和是恒定的，一個(gè)U形連接臂在原點(diǎn)的坐標(biāo)系的連結(jié)與把手的坐標(biāo)原點(diǎn)在抓框架。符號(hào)（滑動(dòng)關(guān)節(jié)）和~ （旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)）被視為對(duì)應(yīng)于各種關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的變量，相關(guān)的DH參數(shù)示于表3.1。 表3.1 康復(fù)機(jī)器人D-H參數(shù) 由于我們的康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)屬于外骨骼型，它是合理的假設(shè)，在正常運(yùn)行的人的手臂基本上構(gòu)成平行的康復(fù)機(jī)器人臂，這自然推斷一些聯(lián)合樞轉(zhuǎn)的軌跡機(jī)器人應(yīng)保持在適當(dāng)?shù)年P(guān)系與這些的一些相應(yīng)的人的手臂的關(guān)節(jié)。根據(jù)此平行運(yùn)動(dòng)的原則，而不是解決逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解決方案通常發(fā)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間，我們簡(jiǎn)化了這個(gè)問(wèn)題，只查找那些解決方案，例如，無(wú)論是康復(fù)機(jī)器人

11、和人類的手臂，將符合上述原則。從技術(shù)上講，我們首先會(huì)嘗試找到位置軌跡的基本的共同支點(diǎn)的康復(fù)機(jī)器人給人類手臂各關(guān)節(jié)的知識(shí)。更具體地說(shuō)，我們只找到三個(gè)位置對(duì)應(yīng)于人的肩關(guān)節(jié)，肘關(guān)節(jié)，腕關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)支點(diǎn)。反過(guò)來(lái)，我們可以很容易地根據(jù)這三個(gè)位置的姿勢(shì)解決康復(fù)機(jī)器人的幾何形狀。 假設(shè)我們知道人類的肩膀上的期望位置肘關(guān)節(jié)聯(lián)合，，手腕接頭，上臂的長(zhǎng)度，前臂的長(zhǎng)度，和并行康復(fù)機(jī)器人和人類臂之間的距離。記的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1到關(guān)節(jié)9的機(jī)器人手臂到，特別是重命名的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4，關(guān)節(jié)6和關(guān)節(jié)7作為機(jī)器人的肩部關(guān)節(jié)，肘關(guān)節(jié)，和手腕關(guān)節(jié)，分別。遵守先前提到的原則，后面的三個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)，，，和人類手臂?，F(xiàn)在，如果我們進(jìn)一

12、步表示機(jī)器人的上臂和機(jī)器人的前臂，和，分別的長(zhǎng)度，我們可以從示于圖之間的關(guān)系的人的手臂和機(jī)器人的特征。圖3.2所示。 圖3.2 機(jī)器人與人之間的關(guān)系 在一般情況下，我們可以調(diào)整機(jī)器人的上臂和機(jī)器人的前臂的長(zhǎng)度相匹配的人的同行的長(zhǎng)度。但是，我們寧愿讓機(jī)器人的上臂的長(zhǎng)度比人類的要長(zhǎng)，以容納身材較小的患者，同時(shí)解決了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的最佳原則。現(xiàn)在，我們將開始得到的解決方案如下。 圖3.3 圖顯示了一個(gè)人的肩，肘，腕關(guān)節(jié)之間的關(guān)系，肘關(guān)節(jié) ，一個(gè)正常的計(jì)劃，其中包括三個(gè)聯(lián)合位置矢量的定義。 首先，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)位置的機(jī)器人的肘關(guān)節(jié)的，當(dāng)人類手臂的姿勢(shì)。如圖3.3，我們定義人的上臂和前臂，

13、以后可以用來(lái)推導(dǎo)出矢量肘關(guān)節(jié)的向量： （3.1） 平行運(yùn)動(dòng)原理前面介紹的，機(jī)器人的肘關(guān)節(jié)應(yīng)位于沿方向從人類的肘關(guān)節(jié)，即： （3.2） 然后，它是簡(jiǎn)單的，計(jì)算機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)的位置，一旦被發(fā)現(xiàn)的位置的機(jī)器人的肘關(guān)節(jié)。這是因?yàn)闄C(jī)器人的上臂的載體是人類的上臂矢量平行，然后，我們可以直接確定機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)為： （3.3） 現(xiàn)在，機(jī)器人的肩部和肘部的位置，這樣我們就可以找到合適的解決方案的IK從圖3.4中的幾何形狀。其結(jié)果是

14、顯示在下面的公式。 （3.4） （3.5） （3.6） （3.7） （3.8） （3.9） （3.10）

15、 （3.11） （3.12） （3.13） （3.14） （3.15） （3.16） （3.17） 最后，因

16、為我們限制的運(yùn)動(dòng)，人的手腕前屈/后伸，外展/內(nèi)收，前臂旋前/旋的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，人的手腕關(guān)節(jié)和相應(yīng)關(guān)節(jié)的機(jī)器人（和）是簡(jiǎn)單的同軸，也就是說(shuō)，他們的解決方案是顯而易見(jiàn)的。 總括來(lái)說(shuō)，前述IK可以被分成兩組。其中第一個(gè)涉及角度的 ~ ，而第二個(gè)涉及角度 ~。在第一組中，我們?cè)噲D找到構(gòu)成的機(jī)器人在機(jī)器人的胳膊肘的姿勢(shì)是根據(jù)人類手臂的姿勢(shì)。當(dāng) ~ 確定第一組中的解決方案時(shí)，該的第二組直接對(duì)應(yīng)于人的手臂的角度。因?yàn)槲覀儼颜w解決方案IK分為兩組，可以大大減少計(jì)算負(fù)擔(dān)。 圖3.4 康復(fù)機(jī)器人和人類手臂的圖顯示之間的關(guān)系 4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖4.1 控制系統(tǒng)框圖 圖4.1示出的兩個(gè)康復(fù)

17、的模式，該模式由基本PID反饋控制器，阻抗控制器，肌電圖（EMG）觸發(fā)和一個(gè)開關(guān)的控制系統(tǒng)。當(dāng)基本PID反饋控制器是位置控制器，其接收的誤差之間的所需的和當(dāng)前姿勢(shì)康復(fù)機(jī)器人和努力來(lái)驅(qū)動(dòng)的誤差為零。阻抗控制轉(zhuǎn)矩控制器，它盡量減少康復(fù)機(jī)器人和人類手臂的扭矩/力之間差距，使之盡可能多的互動(dòng)，從而推動(dòng)了康復(fù)機(jī)器人按照人的意愿運(yùn)動(dòng)。 EMG觸發(fā)器用于檢查人體肌肉是否收縮。最后，開關(guān)可以選擇主動(dòng)模式和被動(dòng)模式。 4.1 基本PID反饋控制 由于康復(fù)治療的康復(fù)機(jī)器人的位置控制的精度水平不高，而不像工業(yè)機(jī)械手那樣要求高，在這里我們選擇基本PID反饋控制器來(lái)控制機(jī)器人手臂。所述控制器被示出在下面的數(shù)學(xué)：

18、 這個(gè)控制器特點(diǎn)是，不僅可以大大降低計(jì)算負(fù)擔(dān)，而且如果選擇適當(dāng)?shù)姆答佋鲆孢€可以保持跟蹤誤差的有界性。詳細(xì)的討論和證明，可在其他文獻(xiàn)中找到[10]。 4.2 阻抗控制 使用阻抗控制是模仿人體上肢的姿勢(shì)和扭矩之間的機(jī)械阻抗，其一般形式如下所示： （4.2.1） 其中是由于上肢的運(yùn)動(dòng)，如扭矩定義，，是當(dāng)前姿勢(shì)的人體上肢所需的人體上肢和，，分別是慣性，阻尼和剛度。 我們假設(shè)模仿的慣性和阻尼的機(jī)械阻抗是零，如果康復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度是緩慢的，（4.2.1）的功能可以簡(jiǎn)化，可以被簡(jiǎn)化為以下： （4.2.2

19、） （4.2.2）式的物理意義是，所需的姿態(tài)是當(dāng)前姿勢(shì)加補(bǔ)償?shù)臉?gòu)成，這在另一方面意味著所需的構(gòu)成應(yīng)遵循的轉(zhuǎn)矩的方向。 4.3 肌電觸發(fā) EMG設(shè)備是用來(lái)檢測(cè)微弱的肌電圖信號(hào)產(chǎn)生的中風(fēng)癱瘓患者。但是，在力傳感器的換能器的輸入機(jī)械力轉(zhuǎn)換成電輸出信號(hào)。因此，中風(fēng)癱瘓患者通過(guò)肌電圖信號(hào)和機(jī)械力傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)之間比較，使該系統(tǒng)可以檢測(cè)到正確的肌肉收縮，然后康復(fù)機(jī)器人提供的中風(fēng)癱瘓患者正確的外力，協(xié)助他們完成指定的任務(wù)。細(xì)節(jié)描述如下： 4.3.1 EMG前處理 我們會(huì)記錄EMG信號(hào)，一個(gè)帶通的頻率20 Hz至450 Hz，肌電活動(dòng)定義如下：

20、 （4.3.1.1） 其中，ch= 1，2，...，8 表示的特定的肌肉。 4.3.2 觸發(fā)信號(hào)的定義 該閾值決定的松弛肌肉的肌電活動(dòng)，觸發(fā)信號(hào)被定義為如下： （4.3.2.1） 其中，傳送是指示特定的肌肉，和這些特定肌肉是負(fù)責(zé)上肢的特定運(yùn)動(dòng)的信道的集合。然后，將控制策略（4.3.1.1）修改，以建立正確的肌電觸發(fā)。如下： （4.3.2.2） 其中被定義為觸發(fā)信號(hào)是負(fù)責(zé)特定上肢運(yùn)動(dòng)。 5 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果 5.1 實(shí)驗(yàn)裝置 這個(gè)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)主題康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)

21、的圓圈軌跡，執(zhí)行和編程在LabVIEW 8.6中。 康復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃是在某個(gè)平面上的沿圓形軌跡運(yùn)動(dòng)。在圓形軌跡的實(shí)驗(yàn)中，病人可以選擇的康復(fù)模式有被動(dòng)模式和主動(dòng)模式。 康復(fù)機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)的圓圈繪制之前，必須預(yù)先設(shè)定。在初始位置的肩與肘關(guān)節(jié)的康復(fù)機(jī)器人本身和康復(fù)機(jī)器人上臂和前臂的長(zhǎng)度被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。然后，對(duì)象坐在與他的上臂和前臂固定由肩帶連接到支撐底座，和他的手握住手柄。表面肌電電極附著在皮膚表面的主體，包括三角?。ㄇ?，中，后部），肱二頭肌，肱三頭肌肌。這些肌肉負(fù)責(zé)肩關(guān)節(jié)屈曲/伸展，和肘關(guān)節(jié)前屈/后伸。 EMG噪音水平是在靜息狀態(tài)下測(cè)得的閾值。 設(shè)計(jì)康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)后，從電腦屏幕上的可視化反饋的圓

22、圈繪制任務(wù)執(zhí)行在每個(gè)康復(fù)模式。此外，與肩膀相平目標(biāo)圓的直徑被設(shè)定為24厘米的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。圓圈繪制的速度可以自我決定的，在電腦上顯示的圖形如下。 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在三種不同的模式，圖5.2.1表示手腕在xz平面和yz平面的軌跡。人的上肢的角度，圖5.2.2還有兩種不同的模式。 圖5.2.1 在兩種模式下在xz平面和yz平面的人的手腕的軌跡。平滑的路徑是被動(dòng)模式的軌跡，不規(guī)則的一個(gè)是主動(dòng)模式。 圖5.2.2 人的上肢隨時(shí)間變化在被動(dòng)模式下（左圖）和主動(dòng)模式（右圖）的角度。 6 討論 從圖5.2.1，我們可以清楚地看到，被動(dòng)模式比主動(dòng)模式的圓形軌跡相對(duì)平滑。這是因?yàn)樽屗氖?/p>

23、腕從一個(gè)位置通過(guò)預(yù)定義的路徑到規(guī)定的位置是在實(shí)驗(yàn)中確實(shí)不容易。在實(shí)驗(yàn)中讓實(shí)驗(yàn)者的手腕從一個(gè)位置，沿著預(yù)先規(guī)定的路徑，用一個(gè)低分辨率顯示屏是很難觀察到。特別是關(guān)節(jié)插值（y-軸）的手腕在主動(dòng)模式下特定漂移的。因此，微癱瘓患者在主動(dòng)模式下繪制的圓輕，提供了一個(gè)先進(jìn)的訓(xùn)練，而被動(dòng)模式是用于在嚴(yán)重癱瘓者。 從圖5.2.2人們可以看到，肩關(guān)節(jié)伸展彎曲，肘關(guān)節(jié)屈曲的趨勢(shì)是相似的，但肩外展和內(nèi)旋傾向是不同的三種模式。這應(yīng)歸因于不同的策略來(lái)解決重復(fù)動(dòng)作。在被動(dòng)模式下的策略是采用最低肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，而在主動(dòng)模式的策略是主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。基于這些結(jié)果，在長(zhǎng)期的訓(xùn)練中我們可以分析這些結(jié)果，然后改變電機(jī)控制策略。7 結(jié)論和未來(lái)的工作 我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)外骨骼型多自由度康復(fù)機(jī)器人（康復(fù)機(jī)器人），它不需要特殊的組成部分來(lái)驅(qū)使人的肩膀旋轉(zhuǎn)，如圓形導(dǎo)軌。本文介紹了自由度設(shè)計(jì)結(jié)合選擇性反向運(yùn)動(dòng)（IK）的解決方案，轉(zhuǎn)矩反饋和肌電圖觸發(fā)。我們今后的工作是設(shè)計(jì)控制器，通過(guò)應(yīng)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)圓形軌跡的繪制任務(wù)，可指導(dǎo)病人沿著圓形路徑來(lái)訓(xùn)練和控制中度癱瘓患者的運(yùn)動(dòng)策略。 致謝 我們要感謝國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)醫(yī)學(xué)院附設(shè)醫(yī)院的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)和所有康復(fù)治療師的協(xié)助和寶貴的努力，使上肢康復(fù)機(jī)器人的最新原型開發(fā)上線。