1.1  选题的目的和意义

    外骨骼系统是机器人研究领域中的一个分支，它是一种各关节与人体关节相一致，井依附于人体外部的机械系统．外骨骼机器人的最初的设计思想是将人的智能和机器人所具有的强大的机械能量结合起来,使之综合成一个系统[1]。按其安装形式不同，可以分为便携式和固定式两种。使用时由操作者将其“穿戴”在身上，使用者与外骨骼之间可以进行直接的力及其它各种信息的传递，所以外骨骼机器人实质上是一种可穿戴机器人[2]。为了保证实用性和被穿戴者接受，外骨骼应有如下的性能和特征[3]：

l）低妨碍性。外骨骼系统不应阻碍外骨骼系统使用者的正常运动。

2）加强人的体力。外骨骼系统应该增加使用者的力量，让他们执行他们以前无法完成的任务。

3）自然清晰的人机界面。外骨骼系统应该提供一种自然的、自觉的、清晰的人机界面，让使用者感到外骨骼是穿戴者身体的真实的向外延伸的一部分，而不是在驱动某一死物。

4）长久的使用寿命。外骨骼系统应该具有足够的使用耐久性。

5）良好的舒适性。外骨骼的穿戴者应感觉舒适、安全，方便穿戴和脱去。

可见人体上肢外骨骼能将人类的智力和机器的体力有机地结合在一起，能够在操作者的控制下完成靠人自身能力无法单独完成的任务，因此在工业、虚拟现实、医疗、航空航天领域和军事领域等都有着非常广泛的应用。

据统计截至2011年底,中国60岁及以上老年人口已达1.85亿人，占总人口的13.7%[4]。伴随老龄化过程中明显的生理衰退就是老年人四肢的灵活性不断下降，进而对日常的生活产生了种种不利的影响，此外，由于各种疾病而引起的肢体运动性障碍的病人也在显著增加，文献综述与之相对的是通过人工或简单的医疗设备进行的康复理疗已经远不能满足患者的要求，随着经济和科技的发展，这个特殊群体已得到更多人的关注，治疗康复和服务于他们的产品技术和质量也在相应地提高[5]。随着肢体运动障碍的人数增加，人体外骨骼的研究和应用有着广阔的发展医用前景[6]。

近年来机器人技术的应用在医疗领域拓展,并且取得了许多可喜的研究成果,可以看到[7]:由康复机器人进行的康复训练对偏瘫患者有很大的帮助,可以使他们尽快得到有效地治疗，治疗的效果比常规的治疗手段更具有发展潜力，还可以节省医师资源,极大的提高工作效率,帮助医师及时改变治疗手段等。

目前世界上人体外骨骼的研究方兴未艾，各种产品更是少之又少，在国内该领域中尚处于起步状态，临床应用任重而道远，因此对于手以及手臂功能康复机械的研究有广阔的应用前景和重要的科学意义。

外骨骼不仅在医疗和救援方面能够发挥重要作用，同时在军事上也有很大的用途。从2000年开始，美军开始从事“增强人体机能的外骨骼”(EHPA)项目的研究，计划研制一种机器骨骼，提高人的军事作战方面的能力，计划在2005年开始进行样品试验[8]。未来士兵佩戴外骨骼机器人后，将成为一名超级士兵，拥有无穷的力量，可携带更多的武器装备，火力威力增强，防护水平提高，同时可克服任何障碍，高速前进，不会产生疲劳感[9]。

    综上所述，人体上肢外骨骼方案与结构设计具有重要的科学意义和实用价值。本课题在对人体上肢外骨骼工作机理进行分析的基础上，提出人体上肢外骨骼总体方案，并对其机械部分进行设计和分析、计算。通过本课题研究，可将所学理论知识与工程实践相结合，提高分析问题和解决问题的能力。