1991年，一台名为MIT-MANUS，由美国麻省理工学院设计的上肢康复机器人诞生了[4]。该机器人采用的是连杆机构，它主要被用于针对患者的肩部和肘部进行康复性治疗。不仅能降低机器人末端执行器的阻抗，还同步实现了康复训练中所需要的安全性、舒适性和平稳性。该机器人系统通过临床应用的实践，证明其具有较良好的治疗效果。另外，这套系统可以直接准确测量患者手臂的平面运动参数，一切都是靠通过人机交互界面实现的。

来自加州大学的Jacob Rose,Joel Perry等人研制开发了名为CADEN-7的外骨骼机器人[5]，如图1所示，是模仿正常人的手臂在自由空间里的运动学特性，从而研发并进行制造的。这台机器人共有7个自由度的动力外骨骼系统，所以它在对患者的手臂进行肩关节、肘关节及腕关节的康复训练的同时，还能够进行给予虚拟现实的仿真。

图1 外骨骼康复机器手（CADEN-7）

位于浙江大学的流体控制传动与国家重点实验室从20世纪90年代就开始针对人机一体化的理论性研究，并逐步衍生出对于人机智能柔性外骨骼的技术开发研究，从而成功研制出了带气动力反馈的6个自由度的上肢柔性外骨骼系统、气动力下肢助力性外骨骼系统以及卒中和偏瘫病人下肢运动康复训练外骨骼系统[6]，如图2所示。

图2 柔性外骨骼上肢操作力反馈外骨骼以及下肢助力外骨骼系统

在2011年，上海交通大学携手CAD模具联合中心共同研发设计了一款外骨骼上肢康复机器人[7]。该机器人于机械机构设计上含有6个自由度，可以实现肩部的屈/伸、旋向内/外，大臂的转动，肘的屈/伸，腕关节的屈/伸以及向外展/内收的运动，并且机器人还包括了一套简单的弹性重力支撑装置。此机器人可以安装在一个座椅上，并透过可调节装置还能更好地满足病患的训练要求，更好的达到康复目的。

香港理工大学的Raymond K.Y.TONG等人研发了一款外骨骼手指康复机器人，它是基于肌电信号控制的，是一套专门针对中风患者的系统[8]，如图3所示。在康复训练的过程中，该机器人可以通过检测病患的肌电信号，经过后台处理后，控制机器来实现手指上两个关节的伸展和弯曲的动作。在每个手指上都装有了调节装置，以便适应不同患者不同的手指长度。若是采用这套机器人系统，中风患者就可以凭借机器人的辅助，使用他们已经受损的手部，来按照自己的意图去完成一些基本的日常生活操作。

图3 香港理工大学机器人

3.方案论证

现阶段已有的康复机器人主要分为末端导引式（End-Effector Guided）机器人和外骨骼式（Exoskeleton）机器人，如图4所示，图中左边是末端导引式机器人，右边是外骨骼式机器人。

图4 康复机器人两种类型

3.1方案选择

3.1.1方案一

末端引导式机器人是属于康复机器人在早期的研制成果，患者需要将手部或者整个上肢固定在该机器人的末端，机器人在与病患的接触点上产生驱动力矩，从而控制患者的肢体进行康复训练。这类机器人大多是采用主动式训练，这就很难满足病重患者的多数被动训练需求；功能过于单一，自由度相对较少，且仅能针对手臂弯曲或者伸展，亦或是平面运动，却难以于空间任一点上运动；运动并不协调，速度上的变更难度颇大，这在不经意间就会加重患者上肢或是手部的病情，后果不堪设想。

在平时，上肢的运动不可或缺的，当然上肢病人也是如此。人类上肢的自适应性很强，灵活度高，按照成人身高175cm来算的话，平均上肢尺寸如下表：

相关参数 长度mm 宽度mm 重量kg

上肢（大臂小臂） 595 100 2.950±0.5