用于iPAM系统的病人拒绝接受上肢化疗运动　　挑战:　研发一种安全性且可信的机器人康复系统，对中风后手臂残疾的病人提供援助，以辅助化疗手臂运动，协商和提示手臂。　　解决方案:　　用于NI公司LabVIEW软件对两个自定义机器人构建双持续的实时性控制系统，通过与治疗师交流所必须用于而设计的用户界面（UI）以协商和辅助人类手臂运动。

　　LabVIEW环境模块化特性使其对于原型设计和研发我们的系统来说是理想的自由选择。　　中风后，康复设施通过重复性有意义的协调性运动，用于物理疗法以辅助病人重新学习失去的运动功能。如果设施资源严重不足，将不会造成病人无法花费充足的时间来拒绝接受康复活动，这有可能潜在地容许完全恢复的程度。机器人康复系统可以辅助传统的化疗服务，以减少康复的强度和频率。

　　机器人设计　　智能化气动手臂运动(iPAM)是一个双机器人系统，目的向由于中风而造成上肢运动残疾的病人获取反复的运动化疗。iPAM由两个气动性动力机器人构成，以三个驱动旋转关节为特点，在笛卡儿（Cartesian）空间上掌控机器人的继续执行终端。

当便利运动时，该机器人把持在上肢的方式类似于治疗师承托手臂的方式：一个机器人把持在附近手腕前臂附近，另一个机器人把持在上臂中间。　　矫形器需要承托手臂，其特点为三个被动旋转维度(DOF)，以保证肢体一直舒适度地与机器人保持一致。物理治疗师通过机器人末梢部分来引领肢体运动化疗，并记录运动情况。该系统记录了应用于手臂的力度和机器人关节的运动情况。

然后该运动可以被iPAM系统纠错，在整个运动期间以辅助病人所须要（如图1）。iPAM系统所获取的辅助程度可以由物理治疗师调整。

　　控制系统　　iPAM机器人必需主动地获取动力以辅助人类手臂运动。因此，机器人有效地协调性工作是至关重要的，因为肢体错位或过度用力可能会造成肢体的疼痛或伤势。为了做这一点，我们研发了新型掌控方案，该方案环绕对人类关节的维度展开操作者，而不是机器人笛卡尔末端。

我们将人类手臂修改为六个DOF模型，对应肩膀上的五个DOF(两个切换和三个转动)和肘部一个DOF。由于每个机器人可以掌控三个DOF，因此两个机器人约束上肢的六个DOF是有可能的。　　人类关节角度不是由iPAM系统必要测量的，因此是使用人类手臂模型的必要逆运动学公式，根据手臂的未知运动数据和机器人比较把持点的方位展开估算的。

该公式无法应付来自软组织模块(皮肤、肌肉和矫形填满)的固有测量误差和肩关节运动奇点。　　然而，我们用于雅哈密顿（Jacobian）特征向量方法研发了一个新的递归公式，其基于手臂前向运动学，更加更容易估算。最重要的是，该方法考虑到了测量误差和运动学奇点。

为了获取精确的手臂方位估算，在掌控循环的每次递归中，以500Hz频率对前向运动学的50次递归展开处置。这对动态控制器明确提出了大量计算能力的拒绝，以及确认的实时性拒绝，使其享有低确定性。

　　通过将每个机器人测量获得的动力转化成为上肢座标系统，我们可以构建管理制度掌控方案，在该方案中可以定位到上肢的特定关节展开援助。管理制度掌控方案的功能是测量每个人DOF的转矩和动力，根据治疗师设置的刚性和阻尼参数来调节预期的关节方位。　　用于较高的援助程度（高度性刚性设置），机器人慎重遵从治疗师的规定动作。

这较为合适较较少主动运动的病人。减少援助的程度（较低的刚性设置）容许对规定动作有较小偏差，这适合于那些在较小范围主动运动的病人用于或者当病人的活动性提升时用于。模型中每个关节的援助可以独立国家转变，同时保有运动的协商模式。

　　构建　　我们用于LabVIEW动态模块和NI公司的接口卡构建iPAM动态控制器，继续执行控制器的信号I/O功能。输出传感器还包括两个六轴动力变频器，六个非接触式转动传感器，三个测量肩膀方位的电位器，和几个用作安全性电源的数字输出。

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