智能外骨骼机器人：上肢康复与精确运动控制

本研究专注于设计一款关节康复机器人，用于上肢理疗和训练，旨在协助中风患者恢复日常活动能力。针对9自由度外骨骼机器人在精确定位和运动轨迹控制方面的挑战，研究者采取了创新的方法来解决这些问题。首先，他们关注于操作系统的优化，确保机器人能适应不确定的手臂运动轨迹，避免因错误姿势导致的康复运动风险，力求提供准确的康复动作指导。 研究中，康复机器人的设计考虑到了肌电图（EMG）和力传感器的集成，这有助于实时监测患者的运动状况，从而调整机器人支持，使其能与人类上肢协作，实现预期的运动效果。选择外骨骼类型的机器人臂，其结构设计灵感来源于人类手臂的运动原理，特别是通过圆形导环模拟肩部的内外旋转，遵循生物启发的坐标功能标准。 自由度设计是关键部分，机器人臂拥有多个关节，使得范围-of-motion (ROM) 接近正常人的水平，从而提供更自然、协调的机械结构。在解决逆运动学（Inverse Kinematics, IK）问题时，研究人员首先分析了机器人手臂与人体手臂的区别，寻找有效的几何关系解决方案，以克服重复设计的难题。他们强调了圆周运动轨迹在康复治疗中的应用，比如Miyoshi等人的研究中提到的复杂协调运动，涉及肌肉群的共同收缩和偏心活动，以及内外侧和前后方向。 通过结合上述技术，研究者改进了MIT-Manus系统，实现了基于EMG触发的阻抗控制，使得康复机器人能够更加智能地支持患者进行个性化康复训练。整个研究不仅注重机器人的技术实现，也重视与患者的实际需求相结合，为中风康复提供了先进的辅助工具，有望显著改善患者的康复进程和生活质量。