六自由度外骨骼式上肢康復機器人設計

一、本文概述

Overviewofthisarticle

隨著現(xiàn)代醫(yī)療科技的進步，康復機器人的研究和應用逐漸成為醫(yī)

療康復領域的重要發(fā)展方向。其中，六自由度外骨骼式上肢康復機器

人作為一種先進的康復設備，對于上肢運動功能障礙患者的康復治療

具有重要意義。本文旨在探討六白由度外骨骼式上肢康復機器人的設

計原理、結(jié)構(gòu)特點、功能實現(xiàn)及其在康復治療中的應用價值。

Withtheadvancementofmodernmedicaltechnology,the

researchandapplicationofrehabilitationrobotshave

graduallybecomeanimportantdevelopmentdirectioninthe

fieldofmedicalrehabilitation.Amongthem,thesixdegreeof

freedomexoskeletonupperlimbrehabilitationrobot,asan

advancedrehabilitationdevice,isofgreatsignificancefor

therehabilitationtreatmentofpatientswithupperlimbmotor

dysfunction.Thisarticleaimstoexplorethedesignprinciples,

structuralcharacteristics,functionalimplementation,and

applicationvalueofasixdegreeoffreedomexoskeletonbased

upperlimbrehabilitationrobotinrehabilitationtreatment.

本文將首先介紹六自由度外骨骼式上肢康復機器人的基本結(jié)構(gòu)

和設計原理，包括其機械結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部分的設

計思路和技術(shù)實現(xiàn)。接著，本文將詳細闡述該機器人的功能特點，包

括其運動范圍、精度控制、安全性等方面的優(yōu)勢。在此基礎上，本文

將進一步探討該機器人在康復治療中的應用場景和效果，以及其在改

善患者生活質(zhì)量、提高康復效率等方面的積極作用。

Thisarticlewillfirstintroducethebasicstructureand

designprinciplesofasixdegreeoffreedomexoskeletonupper

limbrehabilitationrobot,includingthedesignideasand

technicalimplementationofitsmechanicalstructure,

transmissionsystem,controlsystemardotherkeyparts.Next,

thisarticlewillelaborateonthefunctionalcharacteristics

oftherobot,includingitsadvantagesinmotionrange,

precisioncontrol,safety,andotheraspects.Onthisbasis,

thisarticlewillfurtherexploretheapplicationscenariosand

effectsoftherobotinrehabilitationtreatment,aswellas

itspositiveroleinimprovingpatientqualityoflifeand

enhancingrehabilitationefficiency.

本文還將對六自由度外骨骼式上肢康復機器人的未來發(fā)展進行

展望，分析其面臨的挑戰(zhàn)和機遇，并提出相應的改進建議。通過本文

的闡述和分析，旨在為相關(guān)領域的研究人員和實踐者提供有益的參考

和借鑒，推動六自由度外骨骼式上肢康復機器人技術(shù)的不斷完善和應

用推廣。

Thisarticlewillalsoprovideanoutlookonthefuture

developmentofsixdegreeoffreedomexoskeletonbasedupper

limbrehabilitationrobots,analyzethechallengesand

opportunitiestheyface,andproposecorrespondingimprovement

suggestions.Throughtheexpositionandanalysisofthis

article,theaimistoprovideusefulreferencesandinsights

forresearchersandpractitionersinrelatedfields,andto

promotethecontinuousimprovementandapplicationpromotion

ofsixdegreeoffreedomexoskeletonbasedupperlimb

rehabilitationrobottechnology.

二、人體上肢運動學分析

Kinematicanalysisofhumanupperlimbs

在設計六自由度外骨骼式上肢康復機器人時?,對人體上肢運動學

的深入理解是至關(guān)重要的。人體上肢運動學主要關(guān)注上肢各關(guān)節(jié)的運

動規(guī)律、運動范圍以及它們之間的協(xié)同作用。通過準確分析人體上肢

的運動學特性，可以為外骨骼式康復機器人的設計提供科學的理論依

據(jù)。

Adeepunderstandingofhumanupperlimbkinematicsis

crucialindesigningasixdegreeoffreedomexoskeletonbased

upperlimbrehabilitationrobot.Humanupperlimbkinematics

mainlyfocusesonthemovementpatterns,rangeofmotion,and

synergisticeffectsamongthejointsoftheupperlimb.By

accuratelyanalyzingthekinematiccharacteristicsofthe

humanupperlimbs,scientifictheoreticalbasiscanbeprovided

forthedesignofexoskeletonrehabilitationrobots.

人體上肢的運動可以分解為肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的復合運動。

肩關(guān)節(jié)是一個球窩關(guān)節(jié)，具有三個自由度，包括前屈/后伸、外展/

內(nèi)收和旋轉(zhuǎn)。肘關(guān)節(jié)是一個單軸關(guān)節(jié)，主要實現(xiàn)前臂的前屈/后伸運

動。腕關(guān)節(jié)則包括槎偏/尺偏、掌屈/背伸和旋轉(zhuǎn)三個自由度。這些關(guān)

節(jié)的協(xié)同作用使得上肢能夠完成各種復雜的運動。

Themovementoftheupperlimbsinthehumanbodycanbe

decomposedintocompositemovementsoftheshoulder,elbow,and

wristjoints.Theshoulderjointisaballandsocketjointwith

threedegreesoffreedom,includingflexion/extension,

abduction/adduction,androtation.Theelbowjointisasingle

axisjointthatprimarilyperformsforward/backwardextension

movementsoftheforearm.Thewristjointincludesthree

degreesoffreedom:radial/ulnardeviation,palmar

flexion/dorsiflexion,androtation.Thesynergisticeffectof

thesejointsenablestheupperlimbstocompletevarious

complexmovements.

為了準確描述上肢的運動，需要引入運動學參數(shù)，如關(guān)節(jié)角度、

關(guān)節(jié)角速度和關(guān)節(jié)角加速度等。這些參數(shù)可以通過傳感器實時監(jiān)測，

并作為控制外骨骼式康復機器人的重要依據(jù)。例如，當患者的上肢關(guān)

節(jié)角度偏離正常范圍時，康復機器人可以通過調(diào)整其關(guān)節(jié)角度來輔助

患者恢復到正確的運動姿態(tài)。

Inordertoaccuratelydescribethemovementoftheupper

limb,kinematicparameterssuchasjointangle,jointangular

velocity,andjointangularaccelerationneedtobeintroduced.

Theseparameterscanbemonitoredinreal-timethroughsensors

andserveasimportantbasisforcontrollingexoskeleton

rehabilitationrobots.Forexample,whenthepatient，supper

limbjointangledeviatesfromthenormalrange,the

rehabilitationrobotcanassistthepatientinrestoringthe

correctmovementposturebyadjustingitsjointangle.

還需要考慮人體上肢的動力學特性。動力學分析涉及到上肢各關(guān)

節(jié)的力矩、慣性力等因素，對于設計能夠提供合適助力的康復機器人

至關(guān)重要。通過動力學分析，可以確定康復機器人在不同運動狀態(tài)下

的最優(yōu)助力大小和方向，從而提高康復訓練的效果。

Wealsoneedtoconsiderthedynamiccharacteristicsofthe

humanupperlimbs.Dynamicanalysisinvolvesfactorssuchas

torqueandinertialforcesofeachjointintheupperlimb,

whichiscrucialfordesigningrehabi1itationrobotsthatcan

provideappropriateassistance.Throughdynamicanalysis,the

optimalassistancesizeanddirectionofrehabilitationrobots

indifferentmotionstatescanbedetermined,therebyimproving

theeffectivenessofrehabilitationtraining.

人體上肢運動學分析是設計六自由度外骨骼式上肢康復機器人

的關(guān)鍵步驟之一。通過深入了解上肢的運動規(guī)律和動力學特性，可以

為康復機器人的設計提供科學依據(jù)，確保其能夠有效地輔助患者進行

康復訓練，促進上肢功能的恢復。

Humanupperlimbkinematicanalysisisoneofthekeysteps

indesigningasixdegreeoffreedomexoskeletonbasedupper

limbrehabilitationrobot.Bydeeplyunderstandingthe

movementpatternsanddynamiccharacteristicsoftheupper

limbs,scientificbasiscanbeprovidedforthedesignof

rehabilitationrobots,ensuringthattheycaneffectively

assistpatientsinrehabilitationtrainingandpromotethe

recoveryofupperlimbfunction.

三、六自由度外骨骼式上肢康復機器人設計

Designofasixdegreeoffreedomexoskeleton

basedupperlimbrehabilitationrobot

隨著醫(yī)療科技的不斷發(fā)展，康復機器人已成為現(xiàn)代醫(yī)療領域的一

個重要研究方向。其中，六自由度外骨骼式上肢康復機器人因其獨特

的設計和優(yōu)秀的康復效果，受到了廣泛關(guān)注。本文將對六自由度外骨

骼式上肢康復機器人的設計進行詳細介紹。

Withthecontinuousdevelopmentofmedicaltechnology,

rehabilitationrobotshavebecomeanimportantresearch

directioninthemodernmedicalfield.Amongthem,thesix

degreeoffreedomexoskeletonupperlimbrehabilitationrobot

hasreceivedwidespreadattentionduetoitsuniquedesignand

excellentrehabilitationeffects.Thisarticlewillprovidea

detailedintroductiontothedesignofasixdegreeoffreedom

exoskeletonbasedupperlimbrehabilitationrobot.

我們需要了解六自由度外骨骼式上肢康復機器人的基本結(jié)構(gòu)。該

機器人主要由上肢支架、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四大部分

組成。上肢支架負責支撐和固定患者的手臂，驅(qū)動系統(tǒng)提供動力，傳

感器系統(tǒng)負責監(jiān)測患者的運動狀態(tài)，而控制系統(tǒng)則負責整體協(xié)調(diào)和控

制。

Weneedtounderstandthebasicstructureofasixdegree

offreedomexoskeletonbasedupperlimbrehabilitationrobot.

Therobotmainlyconsistsoffourparts:upperlimbsupport,

drivingsystem,sensorsystem,andccntrolsystem.Theupper

limbbracketisresponsibleforsupportingandfixingthe

patient，sarm,thedrivingsystemprovidespower,thesensor

systemmonitorsthepatient，smovementstatus,andthecontrol

systemisresponsibleforoverallcoordinationandcontrol.

人機融合設計：康復機器人的設計需要充分考慮人機交互的舒適

性和安全性。我們需要通過合理的結(jié)構(gòu)設計，使機器人能夠緊密貼合

患者的上肢，既能夠提供足夠的支撐，又能夠避免對患者造成壓迫或

傷害。

Humanmachineintegrationdesign:Thedesignof

rehabilitationrobotsneedstofullyconsiderthecomfortand

safetyofhuman-machineinteraction.Weneedtodesigna

reasonablestructuresothattherobotcancloselyfitthe

patient，supperlimbs,providingsufficientsupportwhile

avoidingcompressionorinjurytothepatient.

驅(qū)動系統(tǒng)設計：驅(qū)動系統(tǒng)是康復機器人的核心部分，其性能直接

影響到機器人的運動效果U我們需要選擇適當?shù)尿?qū)動方式(如電機驅(qū)

動、氣壓驅(qū)動等)，并設計合理的傳動機構(gòu)，以確保機器人能夠?qū)崿F(xiàn)

精確、平穩(wěn)的運動。

Drivesystemdesign:Thedrivesystemisthecorepartof

therehabilitationrobot,anditsperformancedirectlyaffects

themotioneffectoftherobot.Weneedtochooseappropriate

drivingmethods(suchasmotordrive,pneumaticdrive,etc.)

anddesignreasonabletransmissionmechanismstoensurethat

therobotcanachievepreciseandsmoothmotion.

傳感器系統(tǒng)設計：傳感器系統(tǒng)是康復機器人的重要組成部分，它

能夠?qū)崟r監(jiān)測患者的運動狀態(tài)，為控制系統(tǒng)提供必要的信息。我們需

要選擇適當?shù)膫鞲衅?如角度傳感器、力傳感器等)，并設計合理的

信號采集和處理電路，以確保傳感器能夠準確、穩(wěn)定地工作。

Sensorsystemdesign:Thesensorsystemisanimportant

componentofrehabilitationrobots,whichcanmonitorthe

patient'smovementstatusinreal-timeandprovidenecessary

informationforthecontrolsystem.Weneedtoselect

appropriatesensors(suchasanglesensors,forcesensors,etc.)

anddesignreasonablesignalacquisitionandprocessing

circuitstoensurethatthesensorscanworkaccuratelyand

stably.

控制系統(tǒng)設計：控制系統(tǒng)是康復機器人的大腦，它負責整體協(xié)調(diào)

和控制。我們需要設計合理的控制算法，使機器人能夠根據(jù)患者的運

動狀態(tài)進行自適應調(diào)整，以實現(xiàn)最佳的康復效果。

Controlsystemdesign:Thecontrolsystemisthebrainof

therehabilitationrobot,responsibleforoverallcoordination

andcontrol.Weneedtodesignreasonablecontrolalgorithms

toenablerobotstoadaptivelyadjustaccordingtothe

patient，smovementstatus,inordertoachievethebest

rehabilitationeffect.

我們需要對整個設計進行嚴格的測試和驗證。這包括靜態(tài)測試、

動態(tài)測試以及臨床試驗等多個階段。通過測試和驗證，我們可以發(fā)現(xiàn)

并修正設計中存在的問題，確保機器人的性能和安全性。

Weneedtoconductrigoroustestingandvalidationofthe

entiredesign.Thisincludesmultiplestagessuchasstatic

testing,dynamictesting,andclinicaltrials.Throughtesting

andverification,wecanidentifyandcorrectanyissuesinthe

design,ensuringtheperformanceandsafetyoftherobot.

六自由度外骨骼式上肢康復機器人的設計是一個復雜而精細的

過程。我們需要充分考慮人機交互、驅(qū)動方式、傳感器選擇以及控制

算法等多個方面，以確保機器人能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的康復效果。我們還需

要通過嚴格的測試和驗證來確保機器人的性能和安全性。隨著技術(shù)的

不斷進步和應用需求的不斷提高，我們相信六自由度外骨骼式上肢康

復機器人的設計將會越來越完善，為更多的患者帶來福音。

Thedesignofasixdegreeoffreedomexoskeletonbased

upperlimbrehabilitationrobotisacomplexandmeticulous

process.Weneedtofullyconsidermultipleaspectssuchas

human-computerinteraction,drivingmethods,sensorselection,

andcontrolalgorithmstoensurethattherobotcanachievethe

bestrehabilitationeffect.Wealsoneedtoensurethe

performanceandsafetyoftherobotthroughstricttestingand

verification.Withthecontinuousadvancementoftechnology

andtheincreasingdemandforapplications,webelievethatthe

designofasixdegreeoffreedomexoskeletonbasedupperlimb

rehabilitationrobotwillbecomemoreandmoreperfect,

bringinggoodnewstomorepatients.

四、機器人運動學建模與仿真

Robotkinematicmodelingandsimulation

在完成六自由度外骨骼式上肢康復機器人的機械結(jié)構(gòu)設計后，接

下來需要對其運動學特性進行分析，并建立相應的運動學模型，以便

進行后續(xù)的仿真研究和實際控制策略的開發(fā)。

Aftercompletingthemechanicalstructuredesignofthesix

degreeoffreedomexoskeletonupperlimbrehabilitationrobot,

itisnecessarytoanalyzeitskinematiccharacteristicsand

establishcorrespondingkinematicmodelsforsubsequent

simulationresearchanddevelopmentofactualcontrol

strategies.

根據(jù)機器人的幾何特性和連桿參數(shù)，運用D-H參數(shù)法

(Denavit-Hartenberg參數(shù)法)進行正運動學建模。通過DT1參數(shù),

可以確定機器人各個連桿之間的相對位置和姿態(tài)，從而得到機器人末

端執(zhí)行器(如手部)在基坐標系中的位置和姿態(tài)。同時，利用雅可比

矩陣分析機器人的速度傳遞關(guān)系，得到關(guān)節(jié)速度與末端執(zhí)行器速度之

間的映射關(guān)系。

Basedonthegeometriccharacteristicsandlinkage

parametersoftherobot,theD-IIparametermethod(Denavit

Hartenbergparametermethod)isusedforforwardkinematics

modeling.ByusingtheD-Hparameters,therelativepositions

andposturesbetweenthevariouslinksoftherobotcanbe

determined,therebyobtainingthepositionandpostureofthe

robot*sendeffector(suchashand)inthebasecoordinate

system.Meanwhile,usingtheJacobianmatrixtoanalyzethe

velocitytransferrelationshipoftherobot,themapping

relationshipbetweenjointvelocityandendeffectorvelocity

isobtained.

為了驗證運動學模型的正確性，需要進行運動學仿真。利用

MATLAB/Simulink或ADAMS等仿真軟件，將機器人的D-H參數(shù)和雅可

比矩陣輸入到仿真模型中，通過設定不同的關(guān)節(jié)運動軌跡，觀察末端

執(zhí)行器的運動軌跡是否符合預期。還可以分析機器人在不同姿態(tài)下的

工作空間，以評估其在實際應用中的性能。

Toverifythecorrectnessofthekinematicmodel,kinematic

simulationisrequired.Usingsimulationsoftwaresuchas

MATLAB/SimulinkorADAMS,inputtheD-HparametersandJacobian

matrixoftherobotintothesimulationmodel.Bysetting

differentjointmotiontrajectories,observewhetherthe

motiontrajectoryoftheendeffectormeetsexpectations.It

isalsopossibletoanalyzetheworkspaceofrobotsindifferent

posturestoevaluatetheirperformanceinpractical

applications.

通過仿真，可以得到機器人在不同關(guān)節(jié)運動軌跡卜的末端執(zhí)行器

運動軌跡、速度和加速度等信息。將這些信息與實際需求進行對比，

可以評估機器人的運動性能是否滿足康復訓練的要求。還可以根據(jù)仿

真結(jié)果對機器人的機械結(jié)構(gòu)或控制策略進行優(yōu)化，以提高其在實際應

用中的性能。

Throughsimulation,informationsuchastheendeffector

motiontrajectory,velocity,andaccelerationoftherobot

underdifferentjointmotiontrajectoriescanbeobtained.

Comparingthisinformationwithactualneedscanevaluate

whethertherobot,smotionperformancemeetstherequirements

ofrehabilitationtraining.Themechanicalstructureor

controlstrategyoftherobotcanalsobeoptimizedbasedon

simulationresultstoimproveitsperformanceinpractical

applications.

通過對六自由度外骨骼式上肢康復機器人進行運動學建模與仿

真，可以深入了解其運動特性，為后續(xù)的控制策略開發(fā)和實際應用奠

定基礎。

Byconductingkinematicmodelingandsimulationonasix

degreeoffreedomexoskeletonbasedupperlimbrehabilitation

robot,wecangainadeeperunderstandingofitsmotion

characteristics,layingthefoundationforsubsequentcontrol

strategydevelopmentandpracticalapplications.

五、機器人動力學分析與控制策略

RobotDynamicsAnalysisandControlStrategy

對于六自由度外骨骼式上肢康復機器人而言，動力學分析與控制

策略是實現(xiàn)精確、流暢和安全的運動執(zhí)行的關(guān)鍵。動力學分析主要涉

及到對機器人運動過程中各關(guān)節(jié)的力矩、速度、加速度等物理量的計

算，以了解機器人在不同運動狀態(tài)下的動力學特性。這有助于我們理

解機器人在受到外部干擾或執(zhí)行特定動作時，其內(nèi)部各部件如何相互

作用，從而確保機器人的運動符合康復訓練的需求。

ForHsixdegreeoffreedomexoskelet.onbasedupperlimb

rehabilitationrobot,dynamicanalysisandcontrolstrategies

arekeytoachievingprecise,smooth,andsafemotionexecution.

Dynamicanalysismainlyinvolvesthecalculationofphysical

quantitiessuchastorque,velocity,andaccelerationofeach

jointduringtherobot'smotionprocess,inordertounderstand

thedynamiccharacteristicsofthercbotindifferentmotion

states.Thishelpsusunderstandhowtheinternalcomponents

ofarobotinteractwitheachotherwhensubjectedtoexternal

interferenceorperformingspecificactions,therebyensuring

thattherobot，smovementmeetstheneedsofrehabilitation

training.

在控制策略方面，我們采用了先進的控制算法，如基于力反饋的

阻抗控制、基于優(yōu)化算法的運動規(guī)劃等。這些控制策略不僅能夠?qū)崿F(xiàn)

機器人對期望軌跡的精確跟蹤，還能夠在遇到障礙或突變時及時調(diào)整

機器人的運動狀態(tài)，保證康復訓練的安全性和有效性。

Intermsofcontrolstrategy,wehaveadoptedadvanced

controlalgorithms,suchasimpedancecontrolbasedonforce

feedbackandmotionplanningbasedonoptimizationalgorithms.

Thesecontrolstrategiescannotonlyachieveprecisetracking

oftherobot'sdesiredtrajectory,butalsoadjusttherobct，s

motionstateinatimelymannerwhenencounteringobstaclesor

suddenchanges,ensuringthesafetyandeffectivenessof

rehabilitationtraining.

我們還考慮到了人機交互的舒適性和柔順性。通過調(diào)整控制參數(shù),

使機器人在與患者進行交互時能夠自適應地調(diào)整其運動速度和力度，

以匹配患者的康復進度和身體狀況。這不僅可以提高康復訓練的效果,

還可以增強患者對康復機器人的信任感和接受度。

Wealsoconsideredthecomfortandflexibilityof

human-computerinteraction.Byadjustingcontrolparameters,

therobotcanadaptivelyadjustitsmovementspeedandforce

wheninteractingwithpatientstomatchtheirrehabilitation

progressandphysicalcondition.Thiscannotonlyimprovethe

effectivenessofrehabilitationtraining,butalsoenhance

patients，trustandacceptanceofrehabilitationrobots.

六自由度外骨骼式上肢康復機器人的動力學分析與控制策略是

機器人設計中的核心環(huán)節(jié)。通過對機器人動力學特性的深入研究和優(yōu)

化控制策略的應用，我們可以確保機器人能夠為患者提供安全、有效

和舒適的康復訓練服務。

Thedynamicanalysisandcontrolstrategyofasixdegree

offreedomexoskeletonupperlimbrehabilitationrobotarethe

corelinksinrobotdesign.Throughin-depthresearchonthe

dynamiccharacteristicsofrobotsandtheapplicationof

optimizedcontrolstrategies,wecanensurethatrobotscan

providesafe,effective,andcomfortablerehabilitation

trainingservicesforpatients.

六、機器人實物制作與實驗驗證

Robotphysicalproductionandexperimental

verification

在完成了六自由度外骨骼式上肢康復機器人的理論設計、仿真模

擬和優(yōu)化設計后，我們進入了實物制作與實驗驗證階段。這一階段的

目標是將設計理念轉(zhuǎn)化為實際可操作的機器人，并通過實驗驗證其性

能與效果。

Aftercompletingthetheoreticaldesign,simulation,and

optimizationdesignofasixdegreeoffreedomexoskeleton

basedupperlimbrehabilitationrobot,weenteredthestageof

physicalproductionandexperimentalverification.Thegoalof

thisstageistotransformthedesignconceptintoapractical

andoperablerobot,andverifyitsperformanceand

effectivenessthroughexperiments.

實物制作過程中，我們嚴格按照設計圖紙和規(guī)格進行部件的加工

和組裝。關(guān)鍵部件如關(guān)節(jié)驅(qū)動器、傳感器和控制系統(tǒng)等都經(jīng)過了嚴格

的篩選和測試，以確保其性能穩(wěn)定可靠。同時，我們采用了輕質(zhì)高強

度的材料來制作機器人的外骨骼結(jié)構(gòu)，以減輕患者的負擔并提高穿戴

舒適性。

Duringthephysicalproductionprocess,westrictlyfollow

thedesigndrawingsandspecificationsforcomponent

processingandassembly.Keycomponentssuchasjointactuators,

sensors,andcontrolsystemshaveundergonestrictscreening

andtestingtoensuretheirstableandreliableperformance.

Atthesametime,weused1ightweighrandhigh-strength

materialstomaketheexoskeletonstructureoftherobot,in

ordertoreducetheburdenonpatientsandimprovewearing

comfort.

為了驗證機器人的性能，我們設計了一系列實驗，包括靜態(tài)性能

測試、動態(tài)性能測試和康復訓練效果評估等。

Toverifytheperformanceoftherobot,wedesignedaseries

ofexperiments,includingstaticperformancetesting,dynamic

performancetesting,andrehabilitationtrainingeffect

evaluation.

在靜態(tài)性能測試中，我們對機器人的關(guān)節(jié)角度、剛度和重復定位

精度等指標進行了測量。實驗結(jié)果顯示，機器人在各個關(guān)節(jié)角度下都

能保持較高的剛度和穩(wěn)定性，重復定位精度也達到了設計要求。

Instaticperformancetesting,wemeasuredthejointangle,

stiffness,andrepeatedpositioningaccuracyoftherobot.The

experimentalresultsshowthattherobotcanmaintainhigh

stiffnessandstabilityatvariousjointangles,andthe

repeatedpositioningaccuracyalsomeetsthedesign

requirements.

動態(tài)性能測試中，我們模擬了不同速度下的運動軌跡，測試了機

器人的運動平穩(wěn)性和響應速度。實驗結(jié)果表明，機器人在不同速度下

都能保持平穩(wěn)的運動軌跡，且響應速度快，能夠滿足康復訓練的需求。

Indynamicperformancetesting,wesimulatedmotion

trajectoriesatdifferentspeedsandtestedtherobot，smotion

stabilityandresponsespeed.Theexperimentalresultsshow

thattherobotcanmaintainastablemotiontrajectoryat

differentspeedsandhasafastresponsespeed,whichcanmeet

theneedsofrehabilitationtraining.

在康復訓練效果評估實驗中，我們邀請了多名志愿者參與實臉，

通過對比訓練前后的肌肉力量、關(guān)節(jié)活動范圍和上肢功能等指標，評

估了機器人的訓練效果。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過一段時間的訓練，志愿

者的各項指標都有了明顯的提高，證明了機器人的有效性。

Intherehabilitationtrainingeffectevaluation

experiment,weinvitedmultiplevolunteerstoparticipatein

theexperiment,andevaluatedthetrainingeffectoftherobot

bycomparingthemusclestrength,jointrangeofmotion,and

upperlimbfunctionindicatorsbeforeandaftertraining.The

experimentalresultsshowthatafteraperiodoftraining,the

variousindicatorsofthevolunteershavesignificantly

improved,provingtheeffectivenessoftherobot.

我們還對機器人的安全性和舒適性進行了評估。實驗結(jié)果表明，

機器人在運行過程中能夠自動調(diào)整力量輸出，避免對患者造成損傷；

其輕質(zhì)高強度的外骨骼結(jié)構(gòu)和人體工學設計也保證了患者在穿戴過

程中的舒適性。

Wealsoevaluatedthesafetyandcomfortoftherobots.The

experimentalresultsshowthattherobotcanautomatically

adjustitspoweroutputduringoperation,avoidingdamageto

patients;Itslightweightandhigh-strengthexoskeleton

structureandergonomicdesignalsoensurethecomfortof

patientsduringthewearingprocess.

通過實物制作與實驗驗證，我們成功地將六自由度外骨骼式上肢

康復機器人的設計埋念轉(zhuǎn)化為實際可操作的機器人，并驗證了其性能

與效果。這為后續(xù)的臨床應用和推廣奠定了堅實的基礎。

Throughphysicalproductionandexperimentalverification,

wehavesuccessfullytransformedthedesignconceptofasix

degreeoffreedomexoskeletonupperlimbrehabilitationrobot

intoapracticalandoperablerobot,andverifiedits

performanceandeffectiveness.Thishaslaidasolidfoundation

forsubsequentclinicalapplicationsandpromotion.

七、結(jié)論與展望

ConclusionandOutlook

本文深入探討了六自由度外骨骼式上肢康復機器人的設計，并詳

細分析了其機械結(jié)構(gòu)、運動學特性、控制系統(tǒng)及人機交互等方面的關(guān)

鍵技術(shù)。研究結(jié)果顯示，該機器人設計不僅具有高度的靈活性和適應

性，能夠滿足不同患者的個性化康復需求,而且其人機交互界面友好，

易于操作，為患者提供了安全、有效的康復環(huán)境。其機械結(jié)構(gòu)設計合

理，運動學特性穩(wěn)定，保證了康復訓練的連續(xù)性和準確性。

Thisarticledelvesintothedesignofasixdegreeof

f