21、上肢康复外骨骼：设计、挑战与控制策略

上肢康复外骨骼：设计、挑战与控制策略

1. 穿戴舒适性

患者在半小时到两小时的康复疗程中需全程穿戴外骨骼，因此任何不适都是不被期望的。为确保患者舒适，外骨骼设计有如下要点：
- 减轻重量 ：外骨骼关节与人体关节对应，存在反作用力和扭矩，外骨骼重量会在人体关节产生相应力和扭矩，所以重量越轻，穿戴越舒适。
- 采用开放式结构 ：如CADEN - 7、ARMIN、SUFUL - 7、MARSE - 7等，具有穿戴方便、贴合舒适和顺应性好的优点。
- 使用柔性连接 ：外骨骼与穿戴者之间通过柔性绑带或连接件相连。

2. 外骨骼关节与人体关节对齐

为使康复训练时外骨骼关节产生的力和扭矩能成功传递到人体关节，外骨骼关节必须与人体关节对齐。否则不仅会影响力和扭矩的传递，还可能导致患者疼痛或不适。

2.1 肩关节

人体肩关节（GH关节）是最复杂的生物力学关节，有多种运动方式。很多外骨骼将其简化为三自由度球窝关节，但也有部分外骨骼增加额外自由度以实现CR关节运动，不过这会带来活动范围受限和设计复杂的问题。

2.2 肘关节和腕关节

也可能出现不对齐情况，如6 - REXOS外骨骼提出增加两个额外自由度来补偿。一些具有电缆驱动平行机制的外骨骼，如CAREX - 7，具有良好的固有对齐性和运动学匹配性。

2.3 旋转轴对齐挑战

上臂内外旋转和前臂旋前旋后的关节轴对齐是一项挑战，因为这些轴是肢体段的纵轴，无法沿轴放置电机。对此，不同