文章介绍了一种基于足底力反馈的踝关节主被动康复策略，文章涉及康复机器人的结构设计、运动学分析、主被动康复结合的控制策略以及实验设计等内容。文章对研究背景、涉及概念、实验设计等方面进行了详细的阐述，并展示了相关研究结果和拓展文献。
实验设计包括基于力反馈的主被动康复训练、描迹实验和被动康复运动等，这些实验旨在评估患者的康复进展，并优化康复策略。
这些文献介绍了其他相关研究，为深入了解踝关节康复机器人提供了更多资源。
分享者：管伊朵
原文作者：卢宗兴，苏永生，东辉，李胤增，赵栋哲
发表来源：机械工程学报,2022,58(21):50-59.
本文介绍了一种结合主被动康复策略的踝关节康复机器人，通过
足底压力数据
感知患者的
运动意图
，优化康复的运动轨迹，实现踝关节的主被动结合的康复策略。这与我的研究——将协作机械臂应用于书法辅助教学，有一定的关联性，可以学习该文中的力反馈技术来感知学生在书法练习中的笔触力度，并通过机械臂的主动跟随或被动引导功能帮助学生形成正确的书写习惯。本文中的运动轨迹记录与优化方法为我的研究提供了宝贵启示，即如何根据学生书写轨迹数据来优化教学策略，从而实现个性化的书法辅助教学。
3/
主被动康复训练方式如何结合？
4/
实验如何设计？数据结果如何优化轨迹？
1/
文章框架
研究重要性/研究现状-运动学分析-主被动运动策略-结论
2/ 研究背景
人体踝关节有许多小关节、骨骼和肌肉韧带组织，是骨骼中最复杂的关节之一，在保持身体平衡中起着重要作用；踝关节机能损伤人群数量增长与康复医师紧缺是现阶段面临的一个重要社会问题。
通过采集足底压力数据来感知患者的运动意图，并通过力反馈实现主动描迹控制，最终获得患者的运动轨迹数据，优化被动康复运动轨迹。
①
踝关节康复机器人的设计
：运动学分析一种2-SPU/RR踝关节康复机器人满足踝关节的跖屈-背伸和内外翻复合运动需求
②
主被动康复策略的结合
：提出了一种结合主动与被动康复的策略，通过足底压力传感器感知患者的运动意图
③
运动轨迹的记录与优化
：通过记录患者的主动运动轨迹，并对其进行优化，采用5段S型加减速控制方式
/涉及概念/
包括对机器人结构进行简化建立坐标系、计算自由度、求解位置逆解和速度雅可比矩阵等内容，为康复机器人的控制提供了数学模型和计算方法
2/ 机器人工作空间
文中通过分析和计算，确定了踝关节康复机器人的工作空间，确保其能满足踝关节的康复需求
3/ 主被动康复
本文所提出了一种结合主动和被动康复的方法，通过主动意图感知与机器人跟随控制策略来优化轨迹数据，并实现定制化、差异化的康复策略
本文使用足底压力数据来感知人体脚踝的运动意图，将足底压力传感器的输出转化为踝关节在不同姿态下的力矩转矩，从而实现对踝关节康复机器人的控制
通过预设轨迹和优化轨迹，使用五段S型加减速控制方法来实现康复运动轨迹的跟踪，确保康复运动的平滑和连续
/实验设计/
在脚踝康复过程中，康复中期和后期是脚踝康复的关键阶段。因此，针对不同时期的康复目标需求，提出对应的康复运动策略以满足康复需求，文中主要针对后期的主被动结合训练康复进行实验设计：
1/
中期
：以踝关节康复机器人带动脚踝做被动康复运动为主
2/
后期
：
主被动结合
①预设康复运动轨迹，基于足底压力采集数据；
②通过力感知实现主动描迹实验，获得每个患者的运动意图轨迹；
③然后再对轨迹优化，通过5段S型加减速控制方式进行被动康复
目的是
通过采集足底压力数据来感知患者的运动意图
，并通过力反馈实现主动描迹控制，最终获得患者的运动轨迹数据，优化被动康复运动轨迹。通过文中的计算可以
将足底压力传感器的输出转化为踝关节在不同姿态下的力矩转矩
（图8原理），从而实现对踝关节康复机器人的控制。
描迹实验需要康复机器处于主动运动控制状态，
基于力反馈的主动运动控制方式能较好地反映运动意图的强弱
，故选取该控制方式进行康复描迹实验。
实验设计了半径为10°的圆形轨迹作为预设轨迹。患者从跖屈10°的位置出发，按顺时针方向绕圆运动3圈。这一设定是为了测试和评估患者在主动康复运动中的控制能力和运动意图。其中，实验中设置了
两组不同的阻尼参数
，以观察不同阻尼条件下主动运动轨迹的表现（图12）。
在前面实验预设一个10°圆的轨迹，从跖屈10°的位置顺时针绕圆运动3圈，通过调整阻尼，观察不同条件下主动运动轨迹的
稳定性
和
准确性
。
实验发现：①
高阻尼下，主动运动轨迹更容易贴合预设的10°圆，即使发生偏移也容易校正回到预定轨迹
；②低阻尼下，则沿着预设轨迹波动，偏差较大不易纠正。
通过实验可以估计患者的康复程度，并采用5段S型曲线函数（图14）对描迹轨迹进行优化，再通过被动康复运动，在踝关节康复机器人上帮助患者进行针对性康复训练（图13）。
本文展示了踝关节康复机器人的设计，包括2-SPU/RR结构的特点，这种设计能够满足踝关节的跖屈-背伸和内外翻运动需求，为康复提供了必要的机械支持；
通过建立虚拟样机模型进行运动学分析，确定了机器人的工作空间，证明了该机器人能够满足踝关节的康复运动需求，了解运动学分析方法对于设计和评估康复机器人的功能性是至关重要的；
本文提出了一种结合主动和被动康复的策略，通过预设运动轨迹和利用足底压力数据来感知患者的运动意图，使机器人能够主动跟随患者的动作，同时记录患者的运动轨迹，这种策略有助于根据患者的康复进展进行个性化调整；
从基于力反馈的主动康复运动到康复控制平台的搭建，再到描迹实验两组阻尼参照，收集数据以反馈提出5段s型轨迹的优化。这些实验设计的思路不仅适用于踝关节康复领域，也为其他运动康复机器人、以及个人研究的教学辅助方向提供了实验参考。
[1] MEROLA A，COLACINO D，COSENTINO C，et al. Model-based tracking control design，implementation of embedded digital controller and testing of a biomechatronic device for robotic rehabilitation[J]. Mechatronics，2018，52：70-77.
[2] NURAHMI L，CARO S，SOLICHIN M. A novel ankle rehabilitation device based on a reconfigurable 3-RPS parallel manipulator[J]. Mechanism and Machine Theory， 2019，134：135-150.
[3] ZHANG M，CAO J，XIE S，et al. A preliminary study on robot-assisted ankle rehabilitation for the treatment of drop foot[J]. Journal of Intelligent & Robotic Systems， 2018，91：207-215.
[4] 刘承磊，张建军，牛建业，等. 面向踝关节康复的四自由度广义球面并联机构运动学性能[J]. 机械工程学报， 2021，57(21)：45-54.
[5] 姚立纲，廖志炜，卢宗兴，等. 踝关节章动式康复运动轨迹规划[J]. 机械工程学报，2018，54(21)：33-40.
[6] 陈子明，尹涛，潘泓，等. 一种三自由度并联踝关节康复机构[J]. 机械工程学报，2020，56(21)：70-78.
[7] 李剑锋，张凯，张雷雨，等. 并联踝康复机器人的设计与运动性能评价[J]. 机械工程学报，2019，55(9)：29-39.
