2、上肢外骨骼系统概述

上肢外骨骼系统概述

1. 引言

外骨骼的发展已有数十年历史。在人机物理交互（pHRI）中，外骨骼系统处于非常特殊的地位。与仅在末端执行器与人操作员交互的串联机器人操纵器不同，外骨骼覆盖人体一个或多个关节，并与人体关节同步运动。这种设计一方面具有更大的应用潜力，如增强力量、像矫形器一样矫正运动或实现自然的远程操作；另一方面，在机械设计、驱动和动力传输、制造、传感以及控制算法开发等方面带来了挑战，这需要对人体解剖学、运动控制和生物力学等有深入的了解。

上肢和下肢外骨骼技术在应用动机和技术难度上存在显著差异。这里主要聚焦于上肢外骨骼系统，介绍其作为辅助、康复、增强及其他用途设备的应用。同时对“刚性”外骨骼和“柔性”外骨骼服进行了综述。本次研究涵盖了最先进的上肢外骨骼类设备技术和发展，但不包括穿戴在躯干上的系统（如预防脊柱损伤的外骨骼）。另外，还有一类可用于上肢的康复机器人——测力计，如 Biodex System 4 Pro 和 HUMAC NORM，它们具有单个可重新定位的电机，并可连接各种附件以针对特定运动，但这里不做讨论。通常，若文献中没有展示工作原型，概念设计一般也不纳入本次综述。

首个动力上肢外骨骼一般认为是 20 世纪 60 年代由通用电气和美国军队开发的 Hardiman。最初的设计常旨在增强士兵的能力，这至今仍是一个活跃的研究领域（如 SARCOS 系列）。后来，为缓解经验丰富的物理治疗师短缺问题，外骨骼的应用扩展到康复领域，这需要更好地理解人机交互，如意图检测和运动控制。这些系统逐渐发展成为康复机器人的重要组成部分。此外，随着全球人口老龄化，更多的关注转向为老年人或无法康复的残疾人设计的外骨骼，如基于 Myomo e100 神经机器人系统开发的 MyoPro 系统。由