多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 機(jī)械工程專業(yè)

多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂摘要：多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂的設(shè)計(jì)采用并行連桿機(jī)構(gòu)。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是易于控制、機(jī)構(gòu)輕巧，控制兩個(gè)點(diǎn)就可以讓機(jī)械臂在一個(gè)范圍很大的二維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)離合器的開合可以完成主動(dòng)治療和被動(dòng)治療的切換。機(jī)械臂系統(tǒng)將力反饋遙操作機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于上肢受傷和中風(fēng)病人的輔助康復(fù)醫(yī)療，患者可以在家中根據(jù)醫(yī)生的遠(yuǎn)程設(shè)定自行進(jìn)行康復(fù)鍛煉?？梢灶A(yù)計(jì)，該系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅可以大大提高醫(yī)生的工作效率，而且極大地方便了廣大上肢受傷和中風(fēng)病人。關(guān)鍵詞： 并行連桿機(jī)構(gòu)；三自由度；力反饋；基于Internet的遠(yuǎn)程測(cè)控；康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練 1引言機(jī)器人技術(shù)一項(xiàng)重要的科學(xué)技術(shù)，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的重要產(chǎn)物之一。隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、現(xiàn)代信息處理技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展,機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域,由此而產(chǎn)生了醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人。醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展不僅在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了重大的影響,為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)帶來(lái)了極大的技術(shù)甚至是觀念上的變革,而且作為一種產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn),因而受到了世界各國(guó)的普遍重視[1]。上肢受傷和中風(fēng)病人需要在醫(yī)生的指導(dǎo)和一定大小的外力的作用下進(jìn)行肢體功能的恢復(fù)鍛煉。傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備大多單純采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用時(shí)每個(gè)病人都需要有一個(gè)專門的康復(fù)醫(yī)生幫助治療。而隨著中國(guó)人口老齡化的加快中風(fēng)病人將越來(lái)越多，患者多醫(yī)生少的矛盾越來(lái)越突出。我們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品是一種康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂。它是一種可以自動(dòng)控制的，用于中風(fēng)病患者康復(fù)訓(xùn)練的康復(fù)機(jī)器人；它使得每個(gè)醫(yī)生可以同時(shí)指導(dǎo)多個(gè)病人進(jìn)行康復(fù)治療。2國(guó)內(nèi)外研究概況康復(fù)治療機(jī)器人是康復(fù)醫(yī)學(xué)和機(jī)器人技術(shù)的完美結(jié)合。20世紀(jì)80年代是康復(fù)機(jī)器人研究的起步階段,美國(guó)、英國(guó)、加拿大和日本在康復(fù)機(jī)器人方面的研究處于世界的領(lǐng)先地位。1990年以后康復(fù)機(jī)器人的研究進(jìn)入到全面發(fā)展時(shí)期[3]。目前,康復(fù)機(jī)器人的研究主要集中在康復(fù)機(jī)械手、醫(yī)院機(jī)器人系統(tǒng)、智能輪椅、假肢等幾個(gè)方面[4]。2.1康復(fù)治療機(jī)器人的研究現(xiàn)狀康復(fù)治療機(jī)器人在醫(yī)療實(shí)踐上主要是用于恢復(fù)患者肢體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的功能。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的問(wèn)題可以劃分為兩類:一類是生物力學(xué)或生物物理化學(xué)類型的應(yīng)用;另一類是運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)[4~7]。當(dāng)人的肢體受外傷、燒傷或做手術(shù)后,由于受傷組織的皮膚、韌帶和肌肉失去彈性而導(dǎo)致肢體運(yùn)動(dòng)的速度和范圍受到限制。生物力學(xué)或生物物理化學(xué)類型的應(yīng)用就是使用機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)打破受傷肢體的運(yùn)動(dòng)范圍[8]。當(dāng)病患經(jīng)歷了中風(fēng)(Stroke)、帕金森氏病(Parkinson’sDisease)等一系列的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傷害后，往往也會(huì)失去運(yùn)動(dòng)的能力。這就需要運(yùn)動(dòng)技能的學(xué)習(xí)或再學(xué)習(xí)。運(yùn)動(dòng)技能的學(xué)習(xí)或再學(xué)習(xí)是一個(gè)囊括了競(jìng)爭(zhēng)運(yùn)動(dòng)控制理論、訓(xùn)練技術(shù)和人機(jī)接口問(wèn)題等諸多方面的復(fù)雜問(wèn)題,下面詳細(xì)介紹。2.2CPM機(jī)CPM機(jī)是利用康復(fù)醫(yī)學(xué)中連續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)(ContinuousPassiveMotion/CPM)[8]的基本原理對(duì)受傷肢體進(jìn)行康復(fù)治療的機(jī)械裝置,是目前為止唯一的一個(gè)機(jī)器人生物力學(xué)或生物物理化學(xué)類型的應(yīng)用的例證。早在20世紀(jì)60年代初期就有醫(yī)學(xué)團(tuán)體運(yùn)用CPM機(jī)進(jìn)行了術(shù)后康復(fù)治療的醫(yī)學(xué)實(shí)踐,此后也有用于膝、肩、肘關(guān)節(jié)等康復(fù)的CPM機(jī)出現(xiàn)。但由于受技術(shù)水平的限制,這類CPM機(jī)長(zhǎng)期停留在“大關(guān)節(jié)”康復(fù)的范圍內(nèi)。目前,市場(chǎng)上已經(jīng)有了用于腕關(guān)節(jié)和手指關(guān)節(jié)這樣的“小關(guān)節(jié)”康復(fù)的CPM機(jī)(圖2.2為Rolyan公司的手關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)CPM機(jī)),但他們還不能像“大關(guān)節(jié)”CPM機(jī)那樣實(shí)現(xiàn)精確的控制,不能對(duì)手指抓握等精巧的動(dòng)作進(jìn)行訓(xùn)練,治療的效果還有待提高[9]。圖2.2Rolyan公司的CPM機(jī)2.3神經(jīng)運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療機(jī)器人目前這一類機(jī)器人的研究比較活躍,用來(lái)康復(fù)治療與神經(jīng)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的疾病,包括中風(fēng)、帕金森氏病和大腦性麻痹(CerebralPalsy)[6~9]。美國(guó)麻省理工學(xué)院研制了一種幫助中風(fēng)患者康復(fù)治療的機(jī)器人MIT-MANUS[6~9],它有2個(gè)自由度,可以實(shí)現(xiàn)病人的肩、肘和手在水平和豎直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。在治療過(guò)程中,把中風(fēng)病人的手臂固定在一個(gè)特制的手臂支撐套中,手臂支撐套固定在機(jī)器人臂的末端。病人的手臂按計(jì)算機(jī)屏幕上規(guī)劃好的特定軌跡運(yùn)動(dòng),屏幕上顯示出虛擬的機(jī)器人操作桿的運(yùn)動(dòng)軌跡,病人通過(guò)調(diào)整手臂的運(yùn)動(dòng)可以使兩條曲線盡量重合,從而達(dá)到康復(fù)治療的目的。如果病人的手臂不能主動(dòng)運(yùn)動(dòng),機(jī)器人臂可以像傳統(tǒng)康復(fù)醫(yī)療中臨床醫(yī)生的做法那樣帶動(dòng)病人的手臂運(yùn)動(dòng)。圖2.3為MIT-MANUS在治療中風(fēng)病人[6~9]。圖2.3中風(fēng)病人在用MIT-MANUS治療在此基礎(chǔ)上，他們又研制了用于腕部康復(fù)的機(jī)械設(shè)備，可以提供三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，并進(jìn)行了初步的臨床實(shí)驗(yàn)。另一個(gè)典型的上肢康復(fù)訓(xùn)練裝置是MIME（mirror-imagemotionenabler），該設(shè)備包括左右兩個(gè)可移動(dòng)的手臂支撐，患側(cè)手臂支撐由工業(yè)機(jī)器人PUMA-560操縱，為患肢提供驅(qū)動(dòng)力，既可以提供平面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，也可以帶動(dòng)肩和肘進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)。但是PUMA-560從本源上說(shuō)是工業(yè)機(jī)器人，因而從機(jī)械的角度上說(shuō)不具有反向可驅(qū)動(dòng)性以及載荷、運(yùn)動(dòng)速度以及輸出力控制等原因（如機(jī)器人臂的活動(dòng)空間和患者手臂的活動(dòng)空間差異很大，在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方面增加了難度；訓(xùn)練比較適合于康復(fù)后期的患者，不適用于對(duì)安全要求更高的偏癱急性期患者；安全性更多地依賴于軟件的設(shè)計(jì))，該系統(tǒng)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也有其局限性。此外關(guān)于上肢康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機(jī)器人的報(bào)道還有：?jiǎn)讨味卮髮W(xué)醫(yī)學(xué)中心ISIS設(shè)計(jì)的InMotion2(IM2)、Bi-Manu-Track、Gentle/ssystem、REHAROB以及華盛頓大學(xué)設(shè)計(jì)的7DOF帶動(dòng)力的上肢外骨架裝置等。2.4口腔功能康復(fù)治療機(jī)器人英國(guó)一個(gè)研究團(tuán)體的研究表明,用Handy1幫助殘疾人進(jìn)食的過(guò)程能促進(jìn)病人口腔和肢體運(yùn)動(dòng)功能的增強(qiáng)。語(yǔ)言障礙矯正學(xué)家的研究表明,口腔運(yùn)動(dòng)技能、進(jìn)食以及發(fā)音之間存在著一定的關(guān)系。20世紀(jì)90年代中期就開始了通過(guò)提高口腔的運(yùn)動(dòng)技能來(lái)提高發(fā)音能力這方面的研究。日本早稻田大學(xué)研制了一種臨床訓(xùn)練病人張嘴、閉嘴的康復(fù)機(jī)器人WY23[6~9],臨床結(jié)果表明,該機(jī)器人能使病人口腔開合范圍由36mm提高到41mm。2.5協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療機(jī)器人現(xiàn)實(shí)社會(huì)中有這樣的人群,他們偏癱、中風(fēng),有的兩個(gè)上肢或下肢的其中一個(gè)有殘疾,這就嚴(yán)重影響了病人的活動(dòng)和操作能力,尤其是必須由雙手或雙腿來(lái)完成的工作能力降低或喪失。目前,已經(jīng)有許多團(tuán)體在研究雙手協(xié)調(diào)、雙腿協(xié)調(diào)等問(wèn)題。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的科研人員對(duì)需用雙手完成的日常工作進(jìn)行了理論分析,并研制了恢復(fù)雙手操作協(xié)調(diào)操作能力的原理性樣機(jī),試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該裝置的有效性[6~9]。2.6運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練機(jī)器人已有研究表明,兒童能通過(guò)操作電動(dòng)輪椅適當(dāng)提高視覺、空間的技能和運(yùn)動(dòng)能力[6~9],同樣可以用類似的器械來(lái)提高老年人甚至成年人的運(yùn)動(dòng)能力。值得注意的是康復(fù)機(jī)器人還有一個(gè)重要領(lǐng)域———職業(yè)訓(xùn)練,涵蓋了從對(duì)感知和運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的任務(wù)訓(xùn)練的評(píng)價(jià)到工地環(huán)境模擬的內(nèi)容。如對(duì)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)損傷的康復(fù)治療、針對(duì)性輔助訓(xùn)練,以及象宇航員這種特殊職業(yè)的模擬訓(xùn)練等。國(guó)外在這一領(lǐng)域已經(jīng)有了較廣泛的研究與應(yīng)用,國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。隨著體育和職業(yè)教育兩大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,機(jī)器人在這一領(lǐng)域的應(yīng)用前景將十分廣闊。2.7國(guó)內(nèi)研究狀況國(guó)內(nèi)用于康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練的機(jī)器人系統(tǒng)比較少，但也正在開展相關(guān)研究。臺(tái)灣國(guó)立成功大學(xué)研制了一種類似人手臂的康復(fù)訓(xùn)練裝置，采用力-位置混雜模糊控制器提供恒定的力，使肘和肩按照設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)；清華大學(xué)在國(guó)家“863”計(jì)劃支持下，從2000年起即開展了機(jī)器人輔助神經(jīng)康復(fù)的研究，研制了一種上肢康復(fù)設(shè)備UECM，可以在平面內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)自由度的運(yùn)行訓(xùn)練[10]。南航開發(fā)了一種康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂，采用單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制；浙江的一些企業(yè)也開發(fā)一些與CPM類似的康復(fù)機(jī)械臂裝置。這些康復(fù)機(jī)械都存在一些共同的缺陷：1）不能遠(yuǎn)程操作；2）醫(yī)生在本地親自操作，實(shí)施一對(duì)一的康復(fù)治療，或按計(jì)算機(jī)中預(yù)先設(shè)定的路徑運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)醫(yī)患交互；3）沒有力反饋功能；4）病人不能主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，或康復(fù)設(shè)備不能提供阻尼力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，東南大學(xué)宋愛國(guó)教授等將力反饋遙操作機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于上肢受傷和中風(fēng)病人的康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練，針對(duì)上肢受傷和中風(fēng)病人康復(fù)醫(yī)療和鍛煉的需要，設(shè)計(jì)了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的、一對(duì)多的力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)臂，使一個(gè)醫(yī)生可以同時(shí)指導(dǎo)多名中風(fēng)病人的康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)又可以使部分中風(fēng)病人或傷殘病人無(wú)需住院訓(xùn)練治療，利用基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程力覺輔助康復(fù)醫(yī)療機(jī)械臂，在家中就可以根據(jù)醫(yī)生的遠(yuǎn)程設(shè)定自行進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。醫(yī)生則可以對(duì)病人進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)不同患者的治療情況及時(shí)地遠(yuǎn)程調(diào)整康復(fù)方案。單自由度康復(fù)鍛煉機(jī)械臂的主要功能是醫(yī)生通過(guò)遠(yuǎn)程操作，控制直流力矩電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械手一端的轉(zhuǎn)動(dòng)，病患的手放在機(jī)械手的另一端，患肢被帶動(dòng)著做平面往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到康復(fù)鍛煉的目的。單自由度康復(fù)鍛煉機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)如圖2.7.1所示，主要由機(jī)械臂，手柄，托盤，位置傳感器及電機(jī)和底座構(gòu)成。臂的一端安裝力傳感器，力傳感器采用應(yīng)變計(jì)式側(cè)力傳感器，用于測(cè)量人手和機(jī)械臂之間作用力，其測(cè)量精度為0.5%F.S。另一端用于放置病患的手部，為使病患的手放置的舒適，設(shè)計(jì)一個(gè)圓盤安裝在手臂上，使得設(shè)計(jì)更加人性化。機(jī)械臂的上方與位置傳感器相連，以測(cè)量機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，位置傳感器采用電位計(jì)式，精度較高可以達(dá)到0.1%F.S?？紤]到電機(jī)的軸與角位移傳感器的軸不可能完全對(duì)心，為防止剛性撞擊，增加柔性聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)直流力矩電機(jī)與角位移傳感器。圖2.7.1單自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂結(jié)構(gòu)圖圖2.7.2單自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂實(shí)物圖東南大學(xué)宋愛國(guó)教授等的單自由度機(jī)械臂的缺點(diǎn)是只有一個(gè)自由度,無(wú)法對(duì)患者的上肢進(jìn)行充分運(yùn)動(dòng)。為此，我們對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了三自由度上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，它有較大的運(yùn)動(dòng)空間，可以對(duì)上肢關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練。3多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂設(shè)計(jì)的的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)3.1背景從國(guó)家統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)看，1951年到2003年（其中68、69兩年空缺），51年中全國(guó)因道路交通事故死亡有1655300人，致傷致殘的有5887180人。[11]很多因此而致殘、受傷的患者由于受傷組織的皮膚、韌帶和肌肉失去彈性而導(dǎo)致肢體運(yùn)動(dòng)的速度和范圍受到限制。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，有關(guān)大腦方面的疾病是我國(guó)居民死亡率最高的三大疾病之一，我國(guó)每年新增患者人數(shù)超過(guò)300萬(wàn)人，而且隨著老齡化的加劇，患者人數(shù)會(huì)不斷增加。雖然隨著腦神經(jīng)外科技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的患者得到了及時(shí)的治療，挽救了生命，但由于腦血管意外的致殘率很高，偏癱和其它運(yùn)動(dòng)障礙患者的人數(shù)也隨之增加，據(jù)1989年上海市的統(tǒng)計(jì)調(diào)查，6萬(wàn)名腦血管意外后的幸存者中，90%以上有腦血管意外后遺癥，其中偏癱居首位[12~15]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)有620萬(wàn)上肢運(yùn)動(dòng)障礙者，而我國(guó)偏癱等上肢運(yùn)動(dòng)障礙患者超過(guò)1000萬(wàn)。這類疾病對(duì)患者本人、家庭造成生活、心理及其它方面的沖擊。社會(huì)和家庭需要花費(fèi)極大的代價(jià)來(lái)治療和護(hù)理這些患者，造成社會(huì)成本的很大浪費(fèi)。因此，尋求有效的康復(fù)手段，使患者在一定程度上恢復(fù)失去的功能，有利于提高患者本身的生活質(zhì)量，并減輕社會(huì)的負(fù)擔(dān)。3.2生物力學(xué)或生物物理化學(xué)類型康復(fù)訓(xùn)練的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ) 輔助康復(fù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和難點(diǎn)--設(shè)計(jì)必須符合康復(fù)醫(yī)學(xué)理論的康復(fù)控制策略。其中最重要的一點(diǎn)就是生物力學(xué)的控制策略。機(jī)器人要感知患肢狀態(tài)（力量和位置）并采取相應(yīng)的控制策略。這是輔助康復(fù)控制的技術(shù)難點(diǎn)?；贾\(yùn)動(dòng)過(guò)程中,其肌張力的變化、肌肉痙攣的出現(xiàn)將會(huì)使系統(tǒng)負(fù)載和動(dòng)力學(xué)參數(shù)發(fā)生不確定的大幅度改變,有可能使控制系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。而患肢運(yùn)動(dòng)信息的錯(cuò)誤辨識(shí)將有可能造成肌肉組織撕裂、肌肉痙攣及結(jié)締組織損傷。因此,在控制系統(tǒng)適應(yīng)性、傳感器技術(shù)應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)評(píng)估數(shù)據(jù)分析和算法方面需要作更深入的研究[14~27]。輔助肢體運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有其自身應(yīng)用和設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。不能在脫離運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)理論和病患機(jī)理的情況下,直接引入工業(yè)機(jī)器人的控制策略和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。否則,無(wú)法達(dá)到康復(fù)效果,并有可能造成患者肢體損傷,引起患者痙攣加重和不可逆轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)功能障礙。因此,在控制和評(píng)估策略中要考慮以下問(wèn)題:（１）設(shè)計(jì)輔助康復(fù)的控制策略要基于神經(jīng)生理學(xué)的運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)方法,對(duì)輔助康復(fù)的對(duì)象要有嚴(yán)格的針對(duì)性。由中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷造成的運(yùn)動(dòng)功能障礙,其病患部位不同、病患特性不同、不同恢復(fù)階段對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練原則也不同。這就要求制定的機(jī)器人輔助康復(fù)控制策略應(yīng)有嚴(yán)格的針對(duì)性,從而使輔助系統(tǒng)的應(yīng)用符合醫(yī)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)并得到醫(yī)師和患者的認(rèn)可。我們現(xiàn)階段所研究的輔助康復(fù)機(jī)器人僅針對(duì)腦卒中患者在恢復(fù)期的上肢運(yùn)動(dòng)功能康復(fù),因此本文關(guān)于控制策略和評(píng)估策略的討論也主要圍繞上述對(duì)象。（２）能夠?qū)崿F(xiàn)多種復(fù)合的運(yùn)動(dòng)模式的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)輔助康復(fù)功能的前提條件。研究中,我們認(rèn)為傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人所采用的步進(jìn)電機(jī)或帶有高減速比的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式不能同時(shí)滿足所需要的隨意運(yùn)動(dòng)（voluntarymovement）、助力運(yùn)動(dòng)（assistantmovement）、抗阻力運(yùn)動(dòng)（resistedmovement）、被動(dòng)運(yùn)動(dòng)（passivemovement）等多種康復(fù)輔助運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)現(xiàn)[14~27]。而無(wú)刷力矩伺服電機(jī)控制系統(tǒng)和交流伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)是較好的方案,能滿足輔助康復(fù)訓(xùn)練的控制要求。3.3運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)訓(xùn)練的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)近幾十年的大量臨床研究和實(shí)驗(yàn)，大腦可塑性理論已經(jīng)為絕大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)可。近30年在神經(jīng)系統(tǒng)疾病康復(fù)領(lǐng)域中最重要的研究成果之一，就是人們逐漸認(rèn)識(shí)到中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有高度的可塑性（Plasticity），這是中樞神經(jīng)損傷后功能恢復(fù)的重要理論依據(jù)。目前認(rèn)為與大腦可塑性有關(guān)的因素有功能重組和代償兩類，而肢體進(jìn)行主動(dòng)或者被動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練可以導(dǎo)致中樞神經(jīng)映射（mapping）區(qū)域的變化，現(xiàn)已為許多科學(xué)研究所證實(shí)。因此，大腦可塑性理論是偏癱康復(fù)的生理學(xué)基礎(chǔ)。研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損后的功能恢復(fù)可以通過(guò)功能重組（reorganization）和功能重建（reestablishment）獲得。中樞神經(jīng)系統(tǒng)一旦損傷，神經(jīng)組織再生非常困難，然而它的功能都可以通過(guò)代償而恢復(fù)。神經(jīng)的可塑性，發(fā)生于損害早期或后期，表現(xiàn)在新的突觸連接的側(cè)支發(fā)芽（collateralsprouting）、神經(jīng)發(fā)生、休眠突觸活化、支配區(qū)轉(zhuǎn)移和形成新的神經(jīng)通路等幾個(gè)方面[14~27]。研究表明，特定的功能訓(xùn)練在中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損后功能恢復(fù)的過(guò)程中必不可少，這為機(jī)器人輔助康復(fù)技術(shù)提供了重要的醫(yī)學(xué)依據(jù)。而在現(xiàn)實(shí)中由于偏癱康復(fù)治療技術(shù)本身難點(diǎn)、疑點(diǎn)較多，加之傳統(tǒng)觀點(diǎn)對(duì)偏癱康復(fù)認(rèn)識(shí)的誤解，往往由于訓(xùn)練方法不當(dāng)，而造成患者痙攣加重和不可逆轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)功能障礙。同時(shí)，一些患者只能在家里接受家人的簡(jiǎn)單康復(fù)訓(xùn)練或完全依靠自然康復(fù)，其效果不甚理想，甚至錯(cuò)過(guò)康復(fù)的最佳時(shí)機(jī)。隨著現(xiàn)代中樞神經(jīng)康復(fù)機(jī)理研究的深入，國(guó)外研究人員利用機(jī)器人技術(shù)在運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)方面開展了大量研究，其研究目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)真正具有治療和醫(yī)療測(cè)評(píng)功能的輔助康復(fù)機(jī)器人，并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)在康復(fù)醫(yī)學(xué)（rehabilitationmedicine）中輔助康復(fù)訓(xùn)練的價(jià)值，以及針對(duì)患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)功能訓(xùn)練的作用。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)訓(xùn)練的方法如何通過(guò)機(jī)器人的控制策略得以實(shí)現(xiàn)，即在某種意義上如何輔助治療醫(yī)師為患者進(jìn)行治療，已經(jīng)成為這類機(jī)器人控制研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。4方案設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 我們的多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂根據(jù)臨床康復(fù)訓(xùn)練的基本動(dòng)作和安全性的要求,在設(shè)計(jì)中除了考慮機(jī)器人的功能實(shí)現(xiàn)外,特別注意了對(duì)患者癱肢的保護(hù)。三個(gè)自由度可以實(shí)現(xiàn)患者上肢的多個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，例如屈伸、抬舉、擺動(dòng)等。這樣可以充分活動(dòng)患者的肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)。如圖4.1.1所示。圖4.1.2演示的是上肢的屈伸運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)可以幫助患者完成肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。圖4.1.1上肢康復(fù)部位圖4.1.2上肢的一種康復(fù)動(dòng)作多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.1.3所示，由康復(fù)鍛煉機(jī)械臂及外部測(cè)控電路組成。安裝在機(jī)械臂上的位置傳感器和力傳感器將采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理放大后送入測(cè)控電路，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)再通過(guò)USB接口傳輸?shù)讲∪硕擞?jì)算機(jī)，病人端計(jì)算機(jī)通過(guò)Internet網(wǎng)同醫(yī)生端計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)根據(jù)這些信號(hào)與通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)來(lái)的醫(yī)生設(shè)定的即時(shí)參數(shù)比較后發(fā)出控制指令，該指令再次通過(guò)USB接口送給測(cè)控電路，測(cè)控電路的驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖4.1.3機(jī)械康復(fù)臂遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)總圖4．2機(jī)械部分設(shè)計(jì)我們的多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂是在原有的單自由度輔助遠(yuǎn)程康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)臂基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的。國(guó)外的產(chǎn)品例如Rolyan公司的CPM機(jī)和MIME（mirror-imagemotionenabler）是基于工業(yè)機(jī)器人改制而來(lái)的。工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)是位置控制很精確但是不靈活，而且工業(yè)機(jī)器人一般體積龐大、造價(jià)昂貴。工業(yè)機(jī)器人一般是串行的多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)控制位置很好但是運(yùn)用于康復(fù)醫(yī)療就不合適了。正因?yàn)樗倪@種結(jié)構(gòu)，決定了基于工業(yè)機(jī)器人改制成的一些國(guó)外的產(chǎn)品無(wú)法完成對(duì)病人進(jìn)行主動(dòng)治療，在對(duì)病人進(jìn)行被動(dòng)治療時(shí)還很容易發(fā)生手臂脫臼等二次傷害。有些國(guó)內(nèi)的康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人仿制國(guó)外產(chǎn)品,也有這樣的缺點(diǎn)。多自由度機(jī)械臂的設(shè)計(jì)采用并行連桿機(jī)構(gòu)。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是易于控制、機(jī)構(gòu)輕巧，控制兩個(gè)點(diǎn)就可以讓機(jī)械臂在一個(gè)范圍很大的二維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)離合器的開合就可以完成主動(dòng)治療和被動(dòng)治療的切換。工業(yè)機(jī)器人就無(wú)法完成這種“高難度動(dòng)作”。圖4.2.3多自由度機(jī)械臂原理本機(jī)構(gòu)是一種縮放儀機(jī)構(gòu)的變種，從圖4.2.3中可以看出，整個(gè)機(jī)械臂部分主要由并行連桿機(jī)構(gòu)組成，通過(guò)調(diào)節(jié)主動(dòng)杠桿的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)杠桿運(yùn)動(dòng)，使從動(dòng)杠桿的末端也就是患者的手能夠在方框所示的范圍中進(jìn)行上下、左右、前后三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。在圖4.2.3中，為敘述方便，作出如上表示，X軸和Z軸分別代表水平和垂直方向。A點(diǎn)與B點(diǎn)代表主動(dòng)端，C點(diǎn)代表從動(dòng)端，改變了A點(diǎn)及B點(diǎn)的位置便可改變C點(diǎn)的位置。當(dāng)A點(diǎn)分別到達(dá)A′,A′′,A′′′,B點(diǎn)分別到達(dá)B′,B′′,B′′′時(shí)，杠桿的末端C則分別到達(dá)C′,C′′,C′′′。通過(guò)主動(dòng)桿A點(diǎn)與B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)從動(dòng)桿C在這個(gè)二維平面中運(yùn)動(dòng)。設(shè)定原始位置為A、B、C，如圖上粗實(shí)線所示。如果我們要使C點(diǎn)到達(dá)C′也就是目標(biāo)點(diǎn)在縱軸上向上運(yùn)動(dòng)。根據(jù)平行四邊形的性質(zhì)和幾何關(guān)系得：B端不動(dòng)的情況下只需要A端向上移動(dòng)到A′就可以實(shí)現(xiàn)，如圖上點(diǎn)劃線A′B′C′所示；如果我們要使C點(diǎn)到達(dá)C′′也就是目標(biāo)點(diǎn)在橫軸上向左運(yùn)動(dòng)。根據(jù)平行四邊形的性質(zhì)和幾何關(guān)系得：A端不動(dòng)的情況下只需要B端詳移動(dòng)到B′′就可以實(shí)現(xiàn)，如圖上點(diǎn)劃線A′′B′′C′′所示；如果我們要使C點(diǎn)到達(dá)C′′′也就是目標(biāo)點(diǎn)在到達(dá)C′′后在縱軸上向下運(yùn)動(dòng)。根據(jù)平行四邊形的性質(zhì)和幾何關(guān)系得：B′′端不動(dòng)的情況下只需要A端詳移動(dòng)到A′′′就可以實(shí)現(xiàn)，如圖上點(diǎn)劃線A′′′B′′′C′′′所示。這樣我們?nèi)绻催^(guò)來(lái)控制A端或B端時(shí)，就可以帶動(dòng)C端完成我們希望完成的運(yùn)動(dòng)到達(dá)我們希望到達(dá)的位置。通過(guò)A點(diǎn)與B點(diǎn)的不同位置組合，C點(diǎn)便能到達(dá)方框內(nèi)的任意位置。以上實(shí)現(xiàn)的是平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)即兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，我們將這個(gè)機(jī)構(gòu)安裝于活動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上時(shí)就可以完成第三個(gè)自由度。當(dāng)機(jī)械臂繞著Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，C則能實(shí)現(xiàn)前后方向上的運(yùn)動(dòng)，由此三個(gè)方向組合便實(shí)現(xiàn)了三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。圖4.2.3多自由度機(jī)械臂設(shè)計(jì)圖基于以上的設(shè)計(jì)思想，建立機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。這個(gè)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是當(dāng)A—Tx—Tz在一條直線時(shí)，A點(diǎn)的在水平方向的運(yùn)動(dòng)由Tx控制，A點(diǎn)在垂直方向的運(yùn)動(dòng)由Tz控制。如圖所示，它由AD、DCTz、BTx、CTx等四桿組成，由Tx、Tz兩個(gè)滑塊控制X、Z兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，再加上繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，形成成三維空間運(yùn)動(dòng)所需要的三個(gè)自由度。根據(jù)圖示的坐標(biāo)系中機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系，可以列出機(jī)械臂被動(dòng)訓(xùn)練（由電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂幫助患者完成康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作）時(shí)它的運(yùn)動(dòng)方程，輸入的運(yùn)動(dòng)為：x、θ、z時(shí)如圖4.2.3由運(yùn)動(dòng)方程得到，Z方向的運(yùn)動(dòng)與其它運(yùn)動(dòng)不會(huì)發(fā)生耦合。由于ix,iz等都大于1，可見，這是一個(gè)將直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)放大的機(jī)構(gòu)，有利于采用較小的結(jié)構(gòu)獲得較大的工作空間，當(dāng)然，相應(yīng)地提高了電機(jī)的效率。主動(dòng)訓(xùn)練（患者主動(dòng)完成康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作）時(shí)，可以利用X、Z互不相關(guān)的特性，固定θ，輸入的運(yùn)動(dòng)為X、Z，則：如圖4.2.3從上式可看出，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人末端較大的運(yùn)動(dòng)變成了控制件Tx和Tz較小的運(yùn)動(dòng)，因此，從訓(xùn)練者角度看是一個(gè)“省力的機(jī)構(gòu)”，有利于病人訓(xùn)練過(guò)程的順利進(jìn)行。當(dāng)采用合適的控制策略，對(duì)XY運(yùn)動(dòng)解耦，可以實(shí)現(xiàn)三維空間的運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。當(dāng)醫(yī)生對(duì)病人進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程為：如圖4.2.3圖4.2.4 在此傳動(dòng)方程下，醫(yī)生和病人之間有一種翻手腕的感覺，符合康復(fù)訓(xùn)練的基本規(guī)則，而Z方向的同向，又不會(huì)使病人和醫(yī)生之間感覺別扭，因此，主從機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)間的完全透明性。系統(tǒng)完整結(jié)構(gòu)如圖4.2.4圖4.2.4系統(tǒng)完整結(jié)構(gòu)圖由于X=0、Y=0表示機(jī)構(gòu)完全合并成一條直線，這是機(jī)構(gòu)的一個(gè)奇點(diǎn)，雖然從零位始，機(jī)構(gòu)的幾何運(yùn)動(dòng)空間得到全部應(yīng)用，表面上看機(jī)構(gòu)可以有更大的工作空間，但實(shí)際上，由于機(jī)構(gòu)構(gòu)件間的干涉，以及三維空間運(yùn)動(dòng)受到桿件長(zhǎng)度的制約，將這個(gè)位置作為運(yùn)動(dòng)起始點(diǎn)并不不能使總的工作空間最大，從圖上也可以看出，當(dāng)X方向的運(yùn)動(dòng)到達(dá)極限位置時(shí)，Z方向?qū)⒉荒苓\(yùn)動(dòng)，因此，要研究機(jī)構(gòu)的工作空間并做優(yōu)化。 本機(jī)構(gòu)的另一外特點(diǎn)是：不僅克服了連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比不恒定的不利影響，而且傳動(dòng)比完全由桿長(zhǎng)確定，同時(shí)傳動(dòng)比的大小受以下因素限制：1、傳動(dòng)比越大，主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)越小，有利于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的小型化，但會(huì)給電機(jī)提出更高的要求，并增大功率，增大電機(jī)的體積，因此，過(guò)大的傳動(dòng)比反而會(huì)使機(jī)構(gòu)的體積增大。2、X、Z方向的運(yùn)動(dòng)范圍有關(guān)，如下圖4.2.5為不同傳動(dòng)比ix條件下，X、Z方向的運(yùn)動(dòng)極限。圖4.2.5不同傳動(dòng)比ix條件下X、Z方向的運(yùn)動(dòng)極限由于Z方向的運(yùn)動(dòng)可正可負(fù)，因此，我們畫出一條Z/X＝0.5的線，用這條線與各曲線的交點(diǎn)來(lái)確定運(yùn)動(dòng)空間，同時(shí)考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。從上可看出，當(dāng)傳動(dòng)比大于1：5時(shí)，曲線趨于重合，表明工作空間不會(huì)再擴(kuò)大，因此，取傳動(dòng)比為1：5，工作的起始位置可由作圖的方法試求后再調(diào)整得到。我們同時(shí)還必須注意到這樣運(yùn)動(dòng)有一定的不足。因?yàn)檫@個(gè)機(jī)構(gòu)安裝于活動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上完成第三個(gè)自由度。被動(dòng)桿在完成Y軸方向的直線行程時(shí)實(shí)際上做的是圓周運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)合成的曲線運(yùn)動(dòng)。如圖4.2.6所示。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是在控制算法中加入補(bǔ)償環(huán)節(jié)。圖4.2.6機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)圖多自由度康復(fù)鍛煉機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)如圖4.2.7所示，主要由機(jī)械臂、手柄、位置傳感器、離合器、接近開關(guān)、絲杠、滑塊機(jī)構(gòu)及伺服電機(jī)和底座構(gòu)成。手柄安裝在機(jī)械臂的一端，病人握住就可以進(jìn)行治療。機(jī)械臂的一端安裝力傳感器，力傳感器采用應(yīng)變計(jì)式側(cè)力傳感器，用于測(cè)量人手和機(jī)械臂之間作用力，其測(cè)量精度為0.5%F.S。另一端用于放置醫(yī)生的手。醫(yī)生可以主動(dòng)牽引病人的手臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂的設(shè)計(jì)采用并行連桿機(jī)構(gòu)，原理在前文有述。計(jì)算機(jī)通過(guò)控制伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠控制A桿的位置；通過(guò)絲杠和滑塊機(jī)構(gòu)的組合運(yùn)動(dòng)控制B桿的位置。絲杠的末端與位置傳感器相連，以控制機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。位置傳感器安裝于低速度的絲杠末端，為了保證測(cè)量精度我們選用了高性能的位置傳感器。考慮到電機(jī)的軸與角位移傳感器的軸不可能完全對(duì)心，為防止剛性撞擊，增加接近開關(guān)。離合器可以使絲杠與伺服電機(jī)分開，當(dāng)電機(jī)動(dòng)力分開時(shí)有醫(yī)生牽引患者運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)動(dòng)力結(jié)合時(shí)有計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行治療。圖4.2.7多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂機(jī)構(gòu)圖 由于采用了平行連桿機(jī)構(gòu)，平行連桿機(jī)構(gòu)平衡問(wèn)題是普遍存在的問(wèn)題。機(jī)械臂在設(shè)計(jì)中的平衡也就成了重點(diǎn)。因?yàn)樵谑褂玫臅r(shí)候機(jī)械臂的一端有患者使用時(shí)，將導(dǎo)致機(jī)械臂一端的重力很大。我們現(xiàn)在解決的辦法是在機(jī)械臂的另外一端增加配種塊，但是這種配種的方法缺點(diǎn)是配平的重量固定，不夠靈活。正在考慮動(dòng)態(tài)平衡的可行性。整個(gè)系統(tǒng)的活動(dòng)部分我們選用輕質(zhì)材料，減輕機(jī)械部分的重量從而減小整個(gè)機(jī)械部分的慣性。機(jī)架采用組合裝配結(jié)構(gòu)可以改善系統(tǒng)的工藝性。但是機(jī)架等關(guān)鍵部分因?yàn)槭芰^大我們?cè)诳紤]使用更好的材料。由于電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)等因素導(dǎo)致的問(wèn)題也在我們的考慮之中，我們會(huì)采用減震墊片等方法解決。4．3控制電路設(shè)計(jì) 整個(gè)電路部分由測(cè)控電路、傳感器信號(hào)采集調(diào)理電路兩部分組成(電路框圖如圖4.3.1所示)。計(jì)算機(jī)給出控制指令信號(hào)經(jīng)過(guò)USB端口傳入單片機(jī)，單片機(jī)把接收到的信號(hào)處理后送入D/A。D/A將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量通過(guò)光電隔離，并轉(zhuǎn)化為控制電機(jī)的大電流信號(hào)，控制電機(jī)。電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)治療患者。位置傳感器和力傳感器能夠獲取在治療過(guò)程中出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)位置和交互力信息。位置傳感器的信號(hào)直接送到A/D；力傳感器得到的是小信號(hào)，小信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理放大電路送至A/D。A/D把得到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸入單片機(jī)。位置及力信號(hào)經(jīng)過(guò)USB反饋到計(jì)算機(jī)。這樣完成一個(gè)閉環(huán)控制環(huán)節(jié)。 這樣做既可以精確控制機(jī)械臂的位置和力量，更好的治愈病患。又可以控制一些極限位置防止前文所述的意外二次傷害。(見生物力學(xué)或生物物理化學(xué)類型康復(fù)訓(xùn)練的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ))圖4.3.1電路的組成框圖4.4電路硬件部分電路硬件部分包括數(shù)據(jù)采集模塊，二選一A/D轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)處理電路模塊，D/A轉(zhuǎn)換電路模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊及USB接口電路模塊共六個(gè)模塊。下面我們具體討論各部分的設(shè)計(jì)思想：=1\*GB2⑴數(shù)據(jù)采集模塊：本電路的數(shù)據(jù)采集模塊由位置傳感器、跟隨器、力傳感器和力調(diào)理放大電路組成。位置傳感器選擇價(jià)格低廉、線性度好、精度高、便于安裝的多圈滑動(dòng)電阻器，它的輸出電壓較大，因此無(wú)需前級(jí)調(diào)理放大電路。力傳感器采用電阻應(yīng)變片式傳感器，具有電信號(hào)輸出穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，其主要組成部分是電阻應(yīng)變片，即主要是通過(guò)電阻應(yīng)變片將力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于應(yīng)變式傳感器輸出的電壓信號(hào)較弱，所以需要放大電路。為減弱放大電路對(duì)測(cè)量電橋的影響，放大電路應(yīng)具有高輸入阻抗的特性，并且具有低漂移、較高的精度和較強(qiáng)的抗干擾能力?；谝陨蠋c(diǎn)特性，我們選用了儀用放大器AD620（見圖4.4.1）圖4.4.1力傳感器模塊圖4.4.2位置傳感器模塊電路中包擴(kuò)多個(gè)位置傳感器和力傳感器，位置傳感器由于輸出機(jī)械手臂的即時(shí)位置狀態(tài)，而力傳感器由于輸出各關(guān)節(jié)的受力狀態(tài)，位置傳感器的輸出電壓較大，無(wú)需前級(jí)調(diào)理放大電路,而力傳感器的輸出電壓值較小，須添加儀用放大器作為前級(jí)調(diào)理放大電路，具體電路如圖4.4.1所示。=2\*GB2⑵數(shù)據(jù)處理模塊：該模塊主要由單片機(jī)AT89c52、10位A/D轉(zhuǎn)換芯片MCP3204和8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832組成。該模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能。圖4.4.3A/D轉(zhuǎn)換芯片MCP3204模塊上圖中為10位A/D轉(zhuǎn)換芯片MCP3204模塊，用于把傳感器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果傳到單片機(jī)上作進(jìn)一步處理。圖4.4.5D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832模塊 圖4.4.6光耦線性隔離放大器模塊圖4.4.5為8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832模塊，它用于將單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行操作。在本系統(tǒng)中，由于工作頻率較低，電磁波輻射干擾的影響很小，主要的干擾因素是供電系統(tǒng)的干擾和各組成部分之間的相互干擾。有鑒于此，我們采用了光耦線性隔離放大器ISO124和DC/DC轉(zhuǎn)換芯片DY24D05這兩塊芯片來(lái)對(duì)這兩種干擾進(jìn)行抑制。圖4.4.6是光耦線性隔離放大器ISO124，用于防止供電系統(tǒng)的干擾和各組成部分之間的相互干擾。USB接口芯片采用的是USB總線的通用設(shè)備接口芯片，在本地端CH372具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等控制器的系統(tǒng)總線上；在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CH372的配套軟件提供了簡(jiǎn)潔易用的操作接口，與本地端的單片機(jī)通訊就如同讀寫文件。圖4.4.6USB通信接口芯片CH372模塊CH372內(nèi)置了USB通訊中的底層協(xié)議，具有省事的內(nèi)置固件模式和靈活的外置固件模式。在內(nèi)置固件模式下，CH372自動(dòng)處理默認(rèn)端點(diǎn)0的所有事務(wù)，本地端單片機(jī)只要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換，所以單片機(jī)程序非常簡(jiǎn)潔。在外置固件模式下，由外部單片機(jī)根據(jù)需要自行處理各種USB請(qǐng)求，從而可以實(shí)現(xiàn)符合各種USB類規(guī)范的設(shè)備。本設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)置固件模式。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖4.4.6所示。圖中，LM1875為單片的低失真、高質(zhì)量的功率放大芯片。該芯片只需很少的外接電路，而芯片的限流和過(guò)熱停止工作的設(shè)計(jì)為該芯片提供了很好的過(guò)載保護(hù)措施。另外，該芯片還有高增益、轉(zhuǎn)換速率快、高帶寬、輸出電壓和電流大和工作電壓范圍大（16V-60V）等特點(diǎn)。它能夠達(dá)到十倍以上的穩(wěn)定的增益。圖4.4.7電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4.5電路軟件部分 匯編語(yǔ)言是單片機(jī)開發(fā)的低級(jí)語(yǔ)言，它具有程序執(zhí)行效率高、占用內(nèi)存容量小、實(shí)時(shí)性較好等優(yōu)點(diǎn)。考慮本系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高、同時(shí)程序并不太復(fù)雜，因此采用匯編語(yǔ)言來(lái)開發(fā)下位機(jī)軟件。 下位機(jī)軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想，根據(jù)功能可以分為以下幾個(gè)子程序部分：力值與位置信息采樣部分、輸出控制部分和與上微機(jī)的通信部分。力值與位置信息采樣部分和輸出控制部分程序框圖如下：開始設(shè)置控制字開始設(shè)置控制字執(zhí)行輸入控制字子程序開始取轉(zhuǎn)換結(jié)果使片選信號(hào)有效是否接收到開始位讀取高八位數(shù)據(jù)讀取低四位數(shù)據(jù)結(jié)束是否開始將需要轉(zhuǎn)換的數(shù)值送入指定地址將DAC0832的地址送入DPTR啟動(dòng)轉(zhuǎn)換返回圖4.5.1數(shù)據(jù)采集部分程序框圖圖4.5.2輸出控制部分程序框圖單片機(jī)通過(guò)CH372芯片接收數(shù)據(jù)的處理步驟如下：①、當(dāng)CH372接收到USB主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后，首先鎖定當(dāng)前USB緩沖區(qū)，防止被后續(xù)數(shù)據(jù)覆蓋，然后將INT#引腳設(shè)置為低電平，向單片機(jī)請(qǐng)求中斷；②、單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先執(zhí)行GET_STATUS命令獲取中斷狀態(tài)；③、CH372在GET_STATUS命令完成后將INT#引腳恢復(fù)為高電平，取消中斷請(qǐng)求；④、由于通過(guò)上述GET_STATUS命令獲取的中斷狀態(tài)是“下傳成功”，所以單片機(jī)執(zhí)行RD_USB_DATA命令從CH372讀取接收到的數(shù)據(jù)；⑤、CH372在RD_USB_DATA命令完成后釋放當(dāng)前緩沖區(qū)，從而可以繼續(xù)USB通訊；⑥、單片機(jī)退出中斷服務(wù)程序。單片機(jī)通過(guò)CH372芯片發(fā)送數(shù)據(jù)的處理步驟如下：①、單片機(jī)執(zhí)行WR_USB_DATA命令向CH372寫入要發(fā)送的數(shù)據(jù)；②、CH372被動(dòng)地等待USB主機(jī)在需要時(shí)取走數(shù)據(jù)；③、當(dāng)USB主機(jī)取走數(shù)據(jù)后，CH372首先鎖定當(dāng)前USB緩沖區(qū)，防止重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)，然后將INT#引腳設(shè)置為低電平，向單片機(jī)請(qǐng)求中斷；④、單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，首先執(zhí)行GET_STATUS命令獲取中斷狀態(tài)；⑤、CH372在GET_STATUS命令完成后將INT#引腳恢復(fù)為高電平，取消中斷請(qǐng)求；⑥、由于通過(guò)上述GET_STATUS命令獲取的中斷狀態(tài)是“上傳成功”，所以單片機(jī)執(zhí)行WR_USB_DATA命令向CH372寫入另一組要發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果沒有后續(xù)數(shù)據(jù)需要發(fā)送，那么單片機(jī)不必執(zhí)行WR_USB_DATA命令；⑦、單片機(jī)執(zhí)行UNLOCK_USB命令；⑧、CH372在UNLOCK_USB命令完成后釋放當(dāng)前緩沖區(qū)，從而可以繼續(xù)USB通訊；⑨、單片機(jī)退出中斷服務(wù)程序；⑩、如果單片機(jī)已經(jīng)寫入了另一組要發(fā)送的數(shù)據(jù)，那么轉(zhuǎn)到②，否則結(jié)束。4.6網(wǎng)絡(luò)通訊部分本部分主要目的是實(shí)現(xiàn)醫(yī)生與病人之間的互動(dòng)交流?？祻?fù)醫(yī)療訓(xùn)練臂的控制及通信系統(tǒng)是基于C++編寫的程序。在其通信方面，該系統(tǒng)采用客戶機(jī)(Client)／服務(wù)器(Server)的體系結(jié)構(gòu)．該結(jié)構(gòu)中，客戶端向服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)，處于休眠狀態(tài)的服務(wù)器接收到客戶端的服務(wù)請(qǐng)求，此時(shí)服務(wù)進(jìn)程喚醒，對(duì)客戶請(qǐng)求作出響應(yīng)?？蛻襞c服務(wù)器之間的通信通過(guò)套接字(Socket)來(lái)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳遞，視頻圖像傳輸?shù)韧ㄐ哦际峭ㄟ^(guò)套接字接口實(shí)現(xiàn)。套接字(Socket)編程有三種，流式套接字（SOCK_STREAM），數(shù)據(jù)報(bào)套接字（SOCK_DGRAM）和原始套接字（SOCK_RAW）。流式套接字定義了一種可靠的面向連接的服務(wù)，可以提供雙向、可靠、順序且不重復(fù)的無(wú)記錄邊界的數(shù)據(jù)流。而數(shù)據(jù)報(bào)套接字則定義了一種無(wú)連接的服務(wù)，雖然也支持雙向的數(shù)據(jù)流，但不能保證順序、可靠和不重復(fù)，但是相對(duì)傳輸效率比較高，適合于大流量的數(shù)據(jù)傳輸?；诰W(wǎng)絡(luò)圖像傳輸不同于數(shù)據(jù)傳輸，為了達(dá)到傳輸顯示畫面的流暢，及傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠，在本系統(tǒng)中，我們選擇用流式套接字（SOCK_STREAM)的TCP作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶捉涌?，用?shù)據(jù)報(bào)套接字(SOCK_DGRAM)的UDP作為圖像傳輸?shù)奶捉涌?。考慮到使用了不同的方案處理網(wǎng)絡(luò)通信，因此，我們用兩個(gè)獨(dú)立的線程來(lái)完成這兩個(gè)不同的任務(wù)，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊任務(wù)分成兩個(gè)并行的子任務(wù)，即數(shù)據(jù)傳輸部分和網(wǎng)絡(luò)傳輸部分。特點(diǎn)如下:首先，我們采用的是一般的網(wǎng)絡(luò)通訊模式即客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）方式，其中病人端為客戶機(jī)，醫(yī)生端為服務(wù)器。第二，由于醫(yī)生需要監(jiān)控病人的康復(fù)情況，所以我們要用攝像頭采集病人端的實(shí)時(shí)畫面并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到醫(yī)生端。它可以不用等待所有的數(shù)據(jù)接收完畢，就開始播放，這是實(shí)時(shí)流的最大優(yōu)點(diǎn)，利用這一特點(diǎn)，我們就可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)生對(duì)病人的實(shí)時(shí)監(jiān)控。還有，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸畫面速度相對(duì)于傳送數(shù)據(jù)較慢，為了不影響正常的顯示或其它功能，可以用兩個(gè)獨(dú)立的線程去完成這些不同的任務(wù)。目前我們就是將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊任務(wù)分成兩個(gè)并行的子任務(wù)，即數(shù)據(jù)傳送部分和圖像傳輸部分，分別采用兩個(gè)線程來(lái)完成它。最后，整個(gè)程序界面及工作過(guò)程簡(jiǎn)介見下圖圖4.6.1主機(jī)端界面圖4.6.2客戶端界面工作過(guò)程如下：（客戶端加裝攝像頭）客戶端輸入主機(jī)方IP地址，建立聯(lián)接；醫(yī)生根據(jù)病人情況及康復(fù)要求設(shè)定電機(jī)參數(shù)，包括力，速度，角度可單選也可復(fù)選，點(diǎn)擊“發(fā)送”鍵，即可發(fā)送到客戶機(jī)端；病人端電機(jī)通過(guò)接口電路讀取參數(shù)，控制機(jī)械臂，機(jī)械臂即可按照設(shè)定帶動(dòng)病人手臂運(yùn)動(dòng)；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，客戶端會(huì)將檢測(cè)到的力、位置信息反饋到主機(jī)處并以曲線顯示，便于醫(yī)生監(jiān)控，另外醫(yī)生可以通過(guò)視頻看到病人康復(fù)情況；5治療訓(xùn)練方法多自由度力覺輔助遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械臂系統(tǒng)對(duì)病人進(jìn)行康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練可以采用臨床上常用的4種模式：被動(dòng)運(yùn)動(dòng)、助力運(yùn)動(dòng)、主動(dòng)運(yùn)動(dòng)和阻力運(yùn)動(dòng)?？祻?fù)醫(yī)療訓(xùn)練模式的具體實(shí)現(xiàn)方式為：(1)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)電機(jī)采用速度控制模式，由醫(yī)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程確定運(yùn)動(dòng)速度的目標(biāo)值，同時(shí)可對(duì)最大輔助力矩進(jìn)行設(shè)置。訓(xùn)練時(shí)受試者在機(jī)器人的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，但輔助力矩不超過(guò)所設(shè)閾值，以防拉傷肌肉。此訓(xùn)練模式適于基本無(wú)運(yùn)動(dòng)功能的患者。(2)助力運(yùn)動(dòng)：電機(jī)采用力矩控制模式，設(shè)定速度范圍。受試者運(yùn)動(dòng)速度低于電機(jī)最小預(yù)設(shè)速度時(shí)，電機(jī)輸出力矩增加；大于最小速度時(shí)，輸出力矩降低；高于最高速度時(shí)，輸出力矩降為零，以避免受試者運(yùn)動(dòng)速度太快。此訓(xùn)練模式適于具有一定運(yùn)動(dòng)功能但運(yùn)動(dòng)幅度較小的患者。(3)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)：電機(jī)采用力矩控制模式，設(shè)定速度范圍。電機(jī)輸出力矩平衡設(shè)備重力和摩擦力，受試者主動(dòng)完成動(dòng)作。此訓(xùn)練模式可用于患者主動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能的測(cè)試。(4)阻力運(yùn)動(dòng)：電機(jī)采用力矩控制模式，設(shè)定速度范圍。電機(jī)輸出力矩提供運(yùn)動(dòng)阻力，受試者克服阻力完成訓(xùn)練；也可以通過(guò)電機(jī)的速度控制模式實(shí)現(xiàn)，此時(shí)設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，力矩范圍確定運(yùn)動(dòng)阻力的大小。此訓(xùn)練模式適于希望進(jìn)一步提高運(yùn)動(dòng)功能的患者。對(duì)于這4種訓(xùn)練模式，病人家里的計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收到醫(yī)生設(shè)定的系統(tǒng)參數(shù)，控制直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)。同時(shí)機(jī)械臂的力和位置以及視頻信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到醫(yī)院的控制計(jì)算機(jī)上，醫(yī)生可以同時(shí)監(jiān)控到各個(gè)患者的訓(xùn)練機(jī)械臂輸出信號(hào)，并根據(jù)具體情況修改治療方案，如果訓(xùn)練過(guò)程中發(fā)生意外，醫(yī)生能夠及時(shí)中斷訓(xùn)練，保護(hù)患者。在進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)可以將患者的病歷數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，為后期治療提供依據(jù)。6創(chuàng)新特色多自由度機(jī)械臂的設(shè)計(jì)采用并行連桿機(jī)構(gòu),可將平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)分開，從而有利于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和訓(xùn)練路徑規(guī)劃。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是易于控制、機(jī)構(gòu)輕巧，控制兩個(gè)點(diǎn)就可以讓機(jī)械臂在一個(gè)范圍很大的二維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)離合器的開合就可以完成主動(dòng)治療和被動(dòng)治療的切換。工業(yè)機(jī)器人就無(wú)法完成這種“高難度動(dòng)作”。我們將這個(gè)機(jī)構(gòu)安裝于活動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)上完成第三個(gè)自由度。當(dāng)機(jī)械臂繞著Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，C則能實(shí)現(xiàn)前后方向上的運(yùn)動(dòng)，三個(gè)方向組合便實(shí)現(xiàn)了三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。不但控制方便和而且精度高，幫助患者更快恢復(fù)?？蓪?shí)現(xiàn)臨床上常用的4種訓(xùn)練模式：被動(dòng)運(yùn)動(dòng)、助力運(yùn)動(dòng)、主動(dòng)運(yùn)動(dòng)和阻力運(yùn)動(dòng)?；贗nternet網(wǎng)的遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練。讓患者可以在家中根據(jù)醫(yī)生的設(shè)定自行進(jìn)行遠(yuǎn)程康復(fù)鍛煉，醫(yī)生則可以根據(jù)不同患者的治療情況來(lái)及時(shí)地調(diào)整康復(fù)方案；醫(yī)生能夠通過(guò)視頻采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)了解病人的要求?？祻?fù)訓(xùn)練機(jī)械臂系統(tǒng)將多自由度力反饋遠(yuǎn)程操作機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于上肢受傷和中風(fēng)病人的輔助康復(fù)醫(yī)療。上肢受傷和中風(fēng)病人需要在醫(yī)生的指導(dǎo)和一定大小的外力的作用下進(jìn)行肢體功能的恢復(fù)鍛煉。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遙操作機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，遙操作機(jī)器人技術(shù)開始應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程手術(shù)等[3]?？祻?fù)機(jī)械臂是一種中風(fēng)病患者用于進(jìn)行康復(fù)治療的醫(yī)療器械。傳統(tǒng)的機(jī)械臂大多單純采用機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用時(shí)每個(gè)病人都需要有一個(gè)專門的康復(fù)醫(yī)生單獨(dú)幫助治療。而隨著中國(guó)人口老齡化的加快中風(fēng)病人將越來(lái)越多，患者多醫(yī)生少的矛盾越來(lái)越突出，這就要求研制一種用于中風(fēng)病患者康復(fù)訓(xùn)練的醫(yī)療器械可以自動(dòng)控制的康復(fù)機(jī)械臂，使得每個(gè)醫(yī)生可以同時(shí)指導(dǎo)多個(gè)病人進(jìn)行康復(fù)治療。7應(yīng)用前景隨著社會(huì)老齡化的加劇，中風(fēng)發(fā)病率呈上升趨勢(shì)。我國(guó)是中風(fēng)病的高發(fā)地區(qū)之一，在北方城市，中風(fēng)病已躍居死因的第一位，在幸存者中約70%~80%的病人留有不同程度的殘疾。對(duì)于中風(fēng)病人，對(duì)其偏癱部位的進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練是十分重要和關(guān)鍵的醫(yī)療手段，及早進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可以大大減少殘疾的可能性。另一方面，由于車禍、事故等引起的肢體受傷病人的臨床癥狀同中風(fēng)病人一樣，也需要進(jìn)行及時(shí)的康復(fù)訓(xùn)練；此外，隨著家庭汽車的普及，交通事故引發(fā)的肢體傷殘病人的數(shù)量也在迅速增加。社會(huì)和家庭需要花費(fèi)極大的代價(jià)來(lái)治療和護(hù)理這些患者，造成社會(huì)成本的很大浪費(fèi)。我國(guó)“十五”規(guī)劃提出了到2015年實(shí)現(xiàn)殘疾人“人人享有康復(fù)服務(wù)”的目標(biāo)，多自由度上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)使患者在一定程度上恢復(fù)失去的功能，有利于提高患者本身的生活質(zhì)量，并減輕家庭和社會(huì)的負(fù)擔(dān)，推動(dòng)殘疾人“人人享有康復(fù)服務(wù)”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。目前我國(guó)三級(jí)甲等以上醫(yī)院須設(shè)有康復(fù)治療專科，但是由于沒有相應(yīng)的專業(yè)訓(xùn)練輔助設(shè)備，患者的康復(fù)效果受到很大的制約，而國(guó)外科研機(jī)構(gòu)和商業(yè)企業(yè)都盯著我國(guó)廣闊的市場(chǎng)。所以利用機(jī)器人技術(shù)及時(shí)開發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的康復(fù)設(shè)備，對(duì)促進(jìn)我國(guó)康復(fù)事業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而形成自己的產(chǎn)業(yè)技術(shù)具有相當(dāng)重要的意義。8改進(jìn)和不足1）重心配平問(wèn)題(見4．2機(jī)械部分設(shè)計(jì))：現(xiàn)采用靜態(tài)配平的方法解決的，我們正在嘗試用動(dòng)態(tài)平衡的解決辦法。2）補(bǔ)償問(wèn)題(見4．2機(jī)械部分設(shè)計(jì))：由于主動(dòng)桿是圍繞轉(zhuǎn)臺(tái)在運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)桿做的是兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。所以在控制算法之中應(yīng)該考慮補(bǔ)償。應(yīng)該設(shè)計(jì)一種完善的算法，保證治療過(guò)程中的機(jī)械臂準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)。3）我們的設(shè)計(jì)初衷是完成一對(duì)多治療，現(xiàn)在由于時(shí)間問(wèn)題我們的主從機(jī)一對(duì)多治療正在完善中。4）結(jié)合有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)開發(fā)一套專家系統(tǒng)，這樣就可以節(jié)省人力物力，同時(shí)可以在很大范圍能取得一樣的療效。有利于推廣。5）多自由度機(jī)械臂由于設(shè)計(jì)、制作時(shí)間較短，很多地方還未調(diào)試完成。參考文獻(xiàn)[1]歐洲康復(fù)機(jī)器人發(fā)展及前景高從軍[2]腦神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人研究的進(jìn)展與前景王耀兵季林紅王廣志黃靖遠(yuǎn)中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志2004年9月第36卷第9期[3]康復(fù)機(jī)器人研究進(jìn)展張付祥，付宜利，王樹國(guó).河北工業(yè)科技2005年3月Vol.22,No.2[4]機(jī)器人輔助運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)中的控制和評(píng)估策略任宇鵬王廣志高小榕季林紅機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用２００３年第４期[5]基于腦機(jī)接口的康復(fù)輔助機(jī)械手控制任宇鵬王廣志程明高小榕季林紅中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志2004年第19卷第5期[6]康復(fù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)分析呂廣明孫立寧彭龍剛哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2004年9月第36卷第9期[7]TOPPINGM.AnoverviewofthedevelopmentofHandy1,arehabilitationrobottoassisttheseverelydisabled[J].JournalofIntelligentandRoboticSystems,2002,(34):2532263.[8]SONGWK,LEEH,andBIENZ.KARES:intelligentwheelchairmountedroboticarmsystemusingvisionandforcesensor[J]RoboticsandAutonomousSystems,1999,(28):83294.[9]HOPPENOTP,COLLEE.Localizationandcontrolofarehabilitationmobilerobotbyclosehuman2machinecooperation[J]1IEEETransactionsonNeuralSystemsandRehabilitationEngineering,2001,(9):1812190.[10]一種神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人的研制王耀兵,季林紅,黃靖遠(yuǎn)機(jī)械科學(xué)與技術(shù)2005年2月第2期第24卷[11]/ 中華人民共和國(guó)公安部數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[12]張維迎.博弈論和信息經(jīng)濟(jì)學(xué)[M].上海:上海人民出版社,1999.[13]楚軍紅.通貨膨脹與中國(guó)的人壽保險(xiǎn)[M].北京:北京大學(xué)出版社,1998.[14]王耀兵,季林紅,王廣志等.腦神經(jīng)康復(fù)機(jī)器人研究的進(jìn)展與前景[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2003,18(4):230～231[15]《人體解剖學(xué)》編寫組.人體解剖學(xué)(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2000[16]WinterJM,CargoPE.Biom