1.研究背景

1.1.选题目的及意义

近年来，中国人口老龄化趋势愈加严峻，在当今社会的老龄人群中，心脑血管疾病及其后遗症所引起的康养问题较为突出，诸如脑卒中等疾病发生后引起的上肢运动障碍，使得广大老龄群体难以独立生活。目前主流的治疗手段是通过治疗师与患者进行一对一的康复训练，但是这种方式的治疗效果更多偏向于主观判断，在时间、经济成本难以普适应用，而错过或者放弃对受损肢体的治疗时机，将会导致患肢彻底丧失功能。在上肢运动障碍问题上覆盖式运用康复机器人技术，既能通过协作机器人的方式满足康复训练要求，又降低了康复治疗的时间、经济成本，近年来受到国内外广泛关注，陆续运用于康复工程，而目前的研究内容普遍存在结构设计单一、控制方法复杂、功能性与智能性欠缺的问题。

本课题为上肢运动康复机器人进行结构设计和运动分析，旨在设计一种新型上肢康复机器人，通过创新设计外骨骼式上肢康复机器人的机械结构，提供一种可拓展的康复机器人原型结构，实现康复运动的集成性，提高安全性与适应性，实现较好的人机协作状态。本课题切合人口老龄化趋势，通过优化运动障碍患者康复治疗方法，改善运动障碍康复治疗效率，提高老龄人群生活品质，缓解老龄化问题带来的康养压力。

1.2.国内外研究现状

上肢康复训练机器人的研究起步于20世纪80年代，最早由麻省理工设计的MIT-MANUS是世界上第一台上肢康复训练系统，其采用末端执行器方式，引导患者的上肢各关节在平面内进行预定轨迹的运动，在控制策略上运用阻抗控制实现驱动的安全性、稳定性，在反馈统计上测量患者的运动平面参数，通过对运动轨迹的记录分析，在显示设备上进行实时反馈，取得较好的临床效果。自MIT-MANUS应用于康复领域，芝加哥大学Reinkensmeyer研究的ARM-Guide、斯坦福大学设计的MIME相继在上肢康复方面做出了研究性贡献，而受限于信息技术与材料发展，上述研究大多为一体式治疗-诊断系统，且实现的治疗方式较为单一，治疗设备冗余庞大，主要停留于实验室阶段。2005年，瑞士苏黎世大学Tobias Nef开发的ARMin系列上肢康复机器人在康复领域取得了长足进步，其采用外骨骼结构与复合传感器，信息化、自动化程度较高，功能也更为完善。此外该系列作为积累研究项目更新换代，在2013年基于ARMin开发适用于儿童康复的ChARMin系列，拓宽其治疗受众范围。

在国内相关领域，由于机器人行业总体发展较晚，在康复机器人方面研究较国外方面略显薄弱，但近年来也受到各高校和研究单位重视，开展了基础性实验研究和样机开发。清华大学设计的肩肘复合运动康复机器人、肩关节康复机器人在2004年开始在中国康复研究中心进行临床应用，在陈旧性偏瘫患者的康复方面取得初步效果；哈工大王东岩等人开发5自由度的穿戴式上肢康复机器人，采用外骨骼结构并引入了表面肌电信号作为驱动，对患者意图进行有效识别；2012年华中科技大学涂细凯等设计的集成功能性电刺激的穿戴式康复机器人，运用气动肌肉作为驱动装置，根据康复机器人和患者关节运动状态实施闭环电刺激，促进患者神经可塑性。上肢康复辅助机器人逐渐成为国内机器人行业的研究热点，而综合归纳目前国内该领域的研究成果，相对于国外研究，在结构设计上创新点不足、控制策略智能化程度不高、缺乏临床数据等问题成为了下一个阶段需要攻克的技术难点。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究（设计）的基本内容

2.1 拟研究解决的问题

本课题围绕老龄人群上肢运动障碍进行其康复机器人设计，故基本设计内容依托于受众人群功能需求，包括但不限于：康复训练基本运动的复现、多种康复运动集成、各类型运动柔顺性及安全性、满足人机工程学设计等，对其机械结构设计提出如下要求：