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编者按 在国家加快实施创新驱动发展战略的大背景下，“医工融合”“医工转化”已经成为医疗行业的研究热点。
康复机器人是医工融合的一个重要分支，其研究主要集中在康复机械手、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面，涉及康复医学、机器人学、人工智能、生物力学、机械学、材料学、计算机科学等诸多学科。
目前，康复机器人已被广泛应用于康复治疗、假肢和康复护理等领域，它可以代替治疗师为患者做长时间的、简单的重复运动，且能够保持相同的速度和力量，从而确保康复训练的舒适性和稳定性。
康复机器人主要适用于脑卒中、脑外伤、脑瘫等引起的肢体瘫痪以及肌腱或韧带断裂、脊髓损伤等运动创伤的早期康复训练等。
它作为一种新兴的康复辅助技术，不仅可以帮助康复患者进行更好的康复训练和治疗，还极大地提高了康复的效率和精度，从而使患者获得更好的康复效果。
未来的康复机器人将会朝着更加智能化、可穿戴化和远程化方向发展，助力康复治疗和医疗服务水平的不断提升。
本刊一直关注医工融合在康复治疗领域的新技术、新发展，本期从相关医疗机器人的研发设计、构型特点、技术要点、分类和功能原理等方面入手，策划了“医工融合与康复机器人专栏”，以期为各位专家、同仁共同探讨和促进医工融合与康复机器人的发展提供一个交流平台。
六自由度上肢康复机器人机构设计及轨迹规划张邦成，兰旭腾，刘帅，庞在祥（长春工业大学机电工程学院 吉林 长春 130012）摘 要本研究设计一款六自由度上肢康复机器人，机器人采用绳索驱动、串并联相结合的关节结构形式，能够牵引偏瘫患者的上肢实现多个关节且活动范围较大的康复运动训练。
针对上肢康复机器人机构适用性问题，基于运动学理论和D-H坐标系法建立上肢康复机器人本体D-H参数模型，根据空间坐标向量之间的平移、旋转关系，对运动序列建模分析，求解正运动学，通过封闭解法求解逆运动学。
基于运动学分析结果，提出五次多项式函数关节空间轨迹规划方法，对上肢提拉抬肘运动进行轨迹规划仿真，验证了康复运动过程中的运动能力。
机器人在医疗康复中的应用研究与系统设计摘要：机器人在医疗康复中的应用已经得到广泛的关注和研究。
本文旨在探索机器人在医疗康复领域的应用，分析现有的研究成果，并提出一个基于机器人的康复系统的设计方案。
首先，介绍了机器人在医疗领域的发展和应用情况；其次，分析了目前机器人在康复治疗中的应用情况和其对患者康复的影响；最后，根据现有研究，提出了一个基于机器人的康复系统的设计方案，旨在提高康复治疗的效果和患者的生活质量。
1. 引言随着人口老龄化的加剧和常见慢性疾病的增多，医疗康复的需求越来越大。
而机器人技术的快速发展为医疗康复提供了新的解决方案。
机器人在医疗康复中的应用，可以提高康复治疗的效果，辅助医护人员进行工作，改善患者的生活质量。
2. 机器人在医疗康复中的应用情况机器人在医疗康复中的应用已经有了一定的进展。
目前，机器人主要应用于神经康复、运动康复和心理康复等领域。
例如，机器人可以帮助中风患者恢复手部功能，通过提供准确的力量和位置控制，帮助患者进行康复训练。
此外，机器人还可以在脊髓损伤康复中发挥重要作用，帮助患者控制肢体运动、恢复平衡能力。
机器人在康复过程中的应用，使得医疗康复更加精确和个性化，提高了治疗效果。
3. 机器人在医疗康复中的效果评估机器人在医疗康复中的应用可以促进肢体运动完整性和关节功能恢复。
通过记录患者的运动数据，机器人能够提供量化的治疗结果评估，帮助医生制定更加科学有效的康复计划。
此外，机器人的应用还可以提供实时反馈，帮助患者进行改进和调整。
研究表明，机器人辅助康复治疗可以显著提高患者的康复效果，并减轻医护人员的负担。
4. 基于机器人的康复系统设计基于现有的研究成果和技术可能性，本文提出了一个基于机器人的康复系统的设计方案。
该系统主要包括机器人设备、康复训练计划和数据管理模块三个部分。
4.1 机器人设备机器人设备是整个系统的核心组成部分。
它可以根据患者的康复需求，提供个性化的康复训练方案。
第1章绪论全套完整版19张CAD图纸，联系1538937061.1 概述据报道，我国60岁以上的老年人已有1.43亿，占全国人口的11％，到2050年将达到4.37亿。
在老龄人群众中有大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状[1]。
近年由于患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多，而且在年龄上呈现年轻化趋势。
与此同时，由于交通运输工具的迅速增长，因交通事故而造成神经心痛损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。
在我国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害的患者需要进行康复治疗，仅以中风为例，每年大约有600，000中风幸存者，其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障碍。
随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到了更多人的关注，为了提高他们的生活质量，治疗、康复和服务于他们的产品的技术和质量也在相应地提高。
随着机器人技术和康复医学的发展，在欧洲、美国和日本等国家，医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，仅预测日本未来机器人市场，2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250，000美元，而到2010年将上升到1，050，000美元，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。
因此，服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景[2]。
康复机器人是康复设备的一种类型。
康复机器人技术早已广受世界各国科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。
在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，而康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。
由于康复训练机器人要与人体直接相连，来带动肢体进行康复训练，所以对驱动器的安全性、柔性的要求较高。
康复肢体运动功能用机械肢体组合系列机器人,是多种同类机器人属于机器人领域,解决了本人发明的实用新型专利半身不遂患者康复学步机,只能带动人的大小臂大小腿康复运动功能,而不能带动手脚各关节运动的重大不足,主要技术特征是将半身不遂患者康复学步机略加改进后,在学步机的小臂绞链杆上安装了可以带动人手腕关节手指各个关节都能运动的机械手托板,在小腿铰链杆上安装了可以带动人脚踝脚指各个关节都能运动的机械脚托板后实现的,用途是康复肢体运动功能,带动患肢的各个关节、每块骨骼、每块肌肉、每个筋键、每条神经都在作患者万分渴望而大脑又支配不了的动作,通过较长时间的被动运动锻炼,最终使残疾人患肢的主动运动功能得到康复。
医疗康复机器人的设计及研究摘要：根据有关调查显示，至2030年，我国慢性病患病率将高达65.7%，其中80%的慢性病患者需要康复治疗，这使得护理人员的负担越来越重。
本研究课题通过设计出一款可折叠的医疗康复机器人从而提高护理人员的效率，降低了在护理工作中长期背抱患者移位而形成的扭伤等职业病，由于其小巧，因此可塞进汽车后备箱。
设计的展现形式主要通过Solidworks软件画出零件图，并进行装配，之后进行仿真，得到具体数据，其原理是通过控制电机驱动抓手来模拟护理人员手臂将患者抱起的动作，并且可调节电动推杆来控制医疗康复机器人的高度，方便将患者移动到轮椅、床和汽车上。
关键词：移位；折叠；可调节；医疗康复1.总体设计操作装置的设计应以方便护理人员使用为前提，即操作界面应该简单易懂，操作装置。
该操作装置各个按钮的摆放与其控制的各个伺服电机和电动推杆的位置相对应，所代表的方向为护理人员站在医疗康复机器人的后方。
遥控器下方的向下剪头按钮代表控制医疗康复机器人下方的电动推杆的收缩，当电动推杆下降到最低位置后，再按向下剪头按钮，医疗康复机器人将不再有任何反应；遥控器下方的向上剪头按钮代表控制医疗康复机器人下方的电动推杆的伸出，当电动推杆上升到最高位置后，再按向上剪头按钮，医疗康复机器人将不再有任何反应；遥控器左上方左边的向左旋转样式的按钮代表控制医疗康复机器人背部伺服电机逆时针旋转，即越来越使患者趋于平躺状态；遥控器左上方右边的向右旋转样式的按钮代表控制医疗康复机器人背部伺服电机顺时针旋转，即越来越使患者趋于坐姿状态；遥控器右上方右边的向左旋转样式的按钮代表控制医疗康复机器人腿部伺服电机逆时针旋转，即越来越使患者的腿部趋于抬起状态；遥控器右上方右边的向右旋转样式的按钮代表控制医疗康复机器人腿部伺服电机顺时针旋转，即越来越使患者的腿部趋于伸直状态；遥控器右侧最上方向左旋转样式的按钮代表控制医疗康复机器人腿部伺服电机上方的伺服电机逆时针旋转，此按钮是在医疗康复机器人由使用状态向折叠状态过度时使用，减小机器人占用的空间；遥控器右侧最上方向右旋转样式的按钮代表控制医疗康复机器人腿部伺服电机上方的伺服电机顺时针旋转，此按钮是在医疗康复机器人由折叠状态向使用状态过度时使用。
引言康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支，它的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。
随着传统机械学、传感技术、生物医学、智能控制技术、计算机技术及其他新兴技术的迅速发展，给生物医学工程领域的医用机器人技术带来了高速发展的契机，促进了医用领域的设备自动化和机器人化。
医用机器人结合了多个学科最新研究和发展的成果，应用于医学诊疗，康复等相关的医学领域，其中，康复机器人占据相当大的比例，如各种假肢、矫形器及用于恢复四肢功能性障碍的康复辅助医疗设备。
康复机器人可细分为辅助型和治疗型两种，辅助型康复机器人主要用来帮助老年人和残疾人更好的适应日常生活和工作，部分补偿了他们弱化的机体功能。
目前，很多国家已经开始进入老龄化社会，据世界卫生组织统计，再过50年，全世界60岁以上的老龄人口将翻一番；另外，疾病、灾难等也造成了大量的残疾人，他们需要大量的看护服务。
康复机器人不但可以照料他们的日常生活，还能帮他们找回自立、自尊的感觉，重新融入社会当中去。
目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展,也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。
康复机器人是工业机器人和医用机器人的结合。
20 世纪80 年代是康复机器人研究的起步阶段,美国、英国和加拿大在康复机器人方面的研究处于世界的领先地位。
1990 年以前全球的56 个研究中心分布在 5 个工业区内：北美、英联邦、加拿大、欧洲大陆和斯堪的纳维亚半岛及日本。
1990年以后康复机器人的研究进入到全面发展时期。
目前,康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面。
相信随着科学技术的发展，康复设备的研究定会更加深入，得到的关注也会越来越多。
Handy1康复机器人是目前世界上最成功的一种低价的康复机器人系统，现在有100多名严重残疾的人经常在使用它。
目录1 前言 (1)1.1课题来源 (1)1.2技术要求及预期效果 (1)1.3本课题要解决的主要问题及设计总体思路 (1)1.4国内外研究现状及发展状况 (1)1.4.1 研究现状 (1)1.4.2 发展趋势 (2)2 总体方案设计 (4)2.1机械结构类型的确定 (4)2.2传动方案的确定 (4)2.3工作空间的确定 (5)2.4手腕结构的确定 (5)2.5驱动装置的选择 (6)2.5.1 机器人驱动方案的分析和选择 (6)2.5.2 手腕电机的选择 (7)2.5.3 传动比的确定及分配 (8)3 齿轮的设计 (9)3.1齿轮强度的设计与校核 (9)3.1.1第一级圆柱齿轮传动设计 (9)3.1.2 第二级圆锥齿轮传动设计 (12)4 轴的设计 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
4.1转腕传动轴的选择 ....................................................................... 错误!未定义书签。
4.2摆腕传动轴的设计 ....................................................................... 错误!未定义书签。
4.2.1 圆柱齿轮轴的设计 ..................................................................... 错误!未定义书签。
4.2.2 轴的强度校核 ............................................................................. 错误!未定义书签。
4.2.3 圆锥齿轮轴的设计 ..................................................................... 错误!未定义书签。
2024年第48卷第4期Journal of Mechanical Transmission一种基于3-UU并联机构的腕关节康复机器人研制田培良刘智飞王炜博马晓宝兰媛（太原理工大学机械与运载工程学院，山西太原030024）摘要在3-UU并联机构基础上研制腕关节康复机器人样机，辅助中风患者进行腕关节康复训练。
回顾了3-UU机构演化过程和自由度，根据3-UU机构的约束关系和几何特性，采用球坐标法和滚动-俯仰-偏航（Roll-Pitch-Yaw，RPY）法分析机构逆运动学，得到机构平台和驱动的关系式；将研制的样机与经典的3-RRR腕关节康复机构进行对比，得出本机构不存在多解和奇异值等优点；对样机运动性能以及前臂两大肌群的肌电信号进行了测试。
实验表明，该机构的最大横滚角度为-90°~90°，俯仰角度为-90°~90°，虚拟偏航角度为-180°~180°，最高能产生950 mV的肌电信号。
上述结果表明，所研制的样机能满足腕关节运动需求，对前臂肌群进行训练。
关键词腕关节训练并联机构逆运动学康复机器人Research and Manufacturing of Wrist Joint Rehabilitation Robots Based onthe 3-UU Parallel MechanismTian Peiliang Liu Zhifei Wang Weibo Ma Xiaobao Lan Yuan(College of Mechanical and Vehicle Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China)Abstract Based on the 3-UU parallel mechanism, a prototype robot for wrist joint rehabilitation is devel⁃oped to assist stroke patients in wrist joint rehabilitation training. Based on the constraint relation and geometric characteristics of the 3-UU mechanism, the inverse kinematics of 3-UU mechanism is analyzed by spherical co⁃ordinate method and roll-pitch-yaw (RPY) method， and the relation between the platform and the driver is ob⁃tained. Compared with the classic 3-RRR wrist joint rehabilitation mechanism, the developed prototype has no advantages such as multi-solution and singular value. The motion performance of the prototype and the electro⁃myographic signals of the two major muscle groups in the forearm are measured. The experimental results show that the maximum roll angle is -90° to 90°, the pitch angle is -90° to 90°， and the virtual yaw angle is -180° to 180°. The maximum electromyogram (EMG) signal can be generated at 950 mV. The results show that the devel⁃oped model can meet the requirements of the wrist motion and train the forearm muscle group.Key words Wrist joint training Parallel mechanism Inverse kinematics Rehabilitation robot0 引言中风是一种很常见的疾病，会使大部分患者有不同程度的大脑受损，最终导致肢体僵硬。
模块化多关节绳驱动并联机器人设计
李子含;李跃松;郑帅;李泓葳
【期刊名称】《人工智能与机器人研究》
【年(卷),期】2024(13)2
【摘要】绳驱动并联机器人具有惯性低、容易调整、质量轻、出现损耗容易更换等优点,应用前景广泛。
但是绳子的柔性特点造成其运动时所需的控制电机数量要大于其运动自由度的数量且执行机构刚度不够,这样造成控制困难,控制精度低、环境适应性差等问题。
为了解决这些问题,需要降低电机数量和提升机器人的刚度,本文基于标准万向节铰链,通过刚柔结合原理,实现了并联机器人的少电机、模块化、多关节绳驱动,并通过求解其运动学和轨迹规划,使其末端能够实现圆形轨迹。
【总页数】6页(P419-424)
【作者】李子含;李跃松;郑帅;李泓葳
【作者单位】河南科技大学机电工程学院洛阳
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.上肢康复机器人绳驱动关节的设计与分析
2.基于弹簧的绳驱动4-SPS/U刚柔并联式躯干关节机构设计与运动学建模
3.绳驱动并联机器人绳张紧性及支架力分析
4.关节混合空间控制下的冗余绳驱并联机器人绳力分布特性分析
5.绳驱动并联踝关节康复机构设计及运动性能分析
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基于牵引疗法的多关节便携式手部康复机器人设计
作者：刘建坤刘明亮梁勇楠李攀
来源：《科学与财富》2018年第31期
摘要：本文针对手部康复训练需求，设计了一种基于牵引疗法的手部多关节便携式康复机器人，绘制了康复机器人的三维模型，并运用 Rhinoceros5.0 对机构进一步优化建模。
经过仿真分析验证所设计的模型具有机构简单、穿戴方便、轻量便携等特点，能较好地实现了手指0 ～ 90°弯曲运动，满足关节运动及韧带拉伸的康复训练需求。
关键词：柔索牵引；手部康复；便携式设计；医疗器械
1 引言
由中风等疾病引起的患者手部运动障碍，除了前期手术和药物治疗以外，术后科学的康复训练对患者的恢复起至关重要的帮助。
研究表面大脑皮层运动控制区域损坏后，在经过训练后可以由其它区域代替。
因此只要做相应的康复训练，偏瘫患者便能够恢复部分或者全部运动功能。
传统的手部康复训练都是在医师指导下，借助一些简单工具进行康复训练，这种训练不但效率低，而且对医师的要求也比较高，且每个医师一次只能针对一名患者进行康复训练的指导。
医师的数量与质量严重不足，导致大量患者延误了最佳治疗时间。
因此，手部康复机器人成为研究热点。
2 整体系统设计
2.1 设计思路分析
本方案设计了一种基于牵引疗法的手部康复机器人，包括电机、五个指关节组、齿轮组、滑轮组、柔索牵引装置、腕关节转动装置、手部固定部分及连接部分。
手部康复机器人为仿人形状，指关节部分设置五组多关节手指将机器人本体与人手紧密连接在一起，固定后可以通过各个关节的扭簧及指关节背部的柔索牵引实现指关节的屈伸，通过机器人不断带动人手指进行弯曲/伸展运动可以实现手部康复训练，同时在腕关节位置放置两组二级减速齿轮组，可以实现腕关节的转动训练，进而保障训练效果。
2.2 整体机构设计
通过设置末端牵引机构搭配扭簧蓄力，可以带动人手指及腕关节进行康复训练，牵引力控制更加柔顺。
通过设置两组二级减速齿轮可以实现康复训练过程中腕关节的转动，加入腕关节
自由度可以大幅度提升康复治疗效果，其三维模型如图2-1所示。
该手部康复机器人结构简单，成本低廉，适用于手部残疾患者，康复效果良好且容易实现批量生产。
3 指关节驱动设计
本方案设计的指关节驱动模型如图3-1所示，包括五个指关节组，每个指关节组由4个指关节构成，每个指关节都根据人体生理学尺寸进行设计，并可以与人体手指紧密贴合。
每两个指关节之间通过指关节轴进行连接，每个关节外侧都有孔，柔索可以穿过孔并牵引各个关节进行运动，每两个关节内侧有扭簧提供预紧力。
同时各个指关节在根关节处通过锁紧螺钉与锁紧螺母固定在固定架上。
4 腕关节设计
本方案在机器人腕关节位置设置了齿轮组。
其内置滑轮组及齿轮轴，齿轮轴上开有键槽，通过键与五个滑轮组连接。
滑轮上绕有柔索并与指关节的柔索连接。
齿轮轴两侧的两个齿轮分别与一个齿轮相啮合。
当齿轮轴转动时一方面可以驱动滑轮牵引柔索拉动指关节进行屈伸，一方面可以通过齿轮驱动腕关节连接架进行转动。
同时在机器人腕关节位置固定有腕关节固定卡扣，可以方便地将人手腕与机器人固定到一起，同时还可以调节固定的松紧程度以满足不同体型用户的需求。
齿轮组内侧固定有腕关节套筒，腕关节套筒由柔性材料构成，一方面可以进一步紧密固定人手与康复器械，另一方面可以避免机器对人体造成伤害。
5 安全性考量
康复机器人的设计应避免对患者造成二次伤害，所以本方案不仅在关键位置采用柔性材料，而且在驱动上加入了三重保护机制。
康复机器人正常运行时由软件分析数据并进行控制，软件会控制康复机器人只在固定位移范围内运动。
当软件控制异常导致康复机器人运动超出安全范围时，滑轮组会触碰限位开关给电机紧急断电，当限位开关异常导致电机未断电时，滑轮组会触碰机器人的机械限位阻止其继续转动，从而在最大限度上保障患者安全。
6机构优化
将本方案设计的三维模型根据1：1比例绘制完成后，进行运动学仿真分析。
仿真验证表明，机构设计基本满足五指康复训练需求，但仍存在手指前端易脱落，末端牵引机构无法大角度转动等问题，故需进一步优化机构设计。
运用 Rhinoceros5.0 对机构进一步优化建模。
为使驱动机构运行更加顺畅，在齿轮组中增加两个电源散热环。
同时，将电源系统集中在中心手背区域。
每个指关节设计为独立的U型外壳结构，且有独立的环形内网支撑，可以在理论上解决上述问题。
7总结
本文设计了一种基于牵引疗法的手部康复机器人结构，绘制了康复机器人的三维模型并以食指关节为代表进行指关节训练的仿真验证，运用Rhinoceros5.0软件进行模型优化。
通过仿真分析，为制作手部康复机器人实物模型奠定了基础。
该机构设计与控制方法基本满足中风患者手部康复需求，具有机构简单、穿戴方便、轻量便携等特点，但其医疗作用仍需进一步验证。
参考文献：
[1] 张勤超. 手部功能康复机器人机械系统的设计与研究[D]. 哈尔滨工业大学， 2011.
[2] 冯超，吴杰. 外骨骼式手部康复机器人的设计[J]. 自动化应用， 2018（3）.
[3] 詹文聪，蒋蓁. 一种新型手部康复机器人的设计与研究[J]. 计量与测试技术， 2016，43（2）：4-7.
[4] 李小龙. 人体手部康复训练机器人机构的研究与分析[D]. 中北大学， 2016.。
