Üst Uzuv Dış İskelet Rehabilitasyon Robotları Exoskeleton Robots for Rehabilitation of the Upper Limb Sıtkı Kocaoğlu 1, Erhan Akdoğan 2 1 Elektronik ve Otomasyon Bölümü Kırklareli Üniversitesi, Kırklareli sitki.kocaoglu@klu.edu.tr 2 Mekatronik Mühendisliği Bölümü Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul eakdogan50@gmail.com Özetçe Dünyada yükselmekte olan yaş ortalaması ile paralel olarak serebrovasküler ve nöromasküler hastalıklar artmaktadır. Bu hastalıklar sebebiyle uzuv motor becerilerini kaybeden hastaların fizyoterapisi için rehabilitasyon robotlarının kullanımı da önem kazanmaktadır. Bu robotların kullanılması tedavi sürecini kısaltmakla birlikte, daha çok hastaya tedavi imkanı sağlamaktadır. Ayrıca rehabilitasyon robotları hareketleri doğru şekilde ve tekrarlanabilir olarak yaptırabilirler. Günlük hayatta üst uzuvların kullanımı çok yoğun olduğundan bu uzuvların kullanılamaması insan hayatını olumsuz yönde etkilemektedir. Biyomekatroniğin önemli uygulama alanlarından biri dış iskelet robotlarıdır. Bu çalışmada literatürde mevcut olan üst uzuv rehabilitasyonu için geliştirilmiş dış iskelet robotları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Abstract The number of cerebrovascular and neuromuscular diseases are increasing in parallel with the rising avarage age of world s population. Usage of the rehabilitation robots for physiotherapy of patiens who have lost their limb motor functions, gains importance. The usage of these robots provides treatment for more patients, shortens the time period of treatment and provides doing the excersises accurately and repeatable. Disuse of the upper limbs adversely affect the human life because this upper limbs are commonly used in daily life. Exoskeletal robot manipulators are one of the important application area of BIOMECHATRONICS. In this study exoskeleton robots for upper limb rehabilitation available in the literature were examined and compared. Dış iskelet robot sistemi insan-makine etkileşimli bir sistemdir. Dış iskelet robotları insan uzuvlarının hareketlerine uygun şekilde hareket edebilecek yapıda tasarlanırlar. 80 li yılların sonlarında başlayan çalışmalarda dış iskelet sistemleri telerobotik alanında insan-robot etkileşiminin sağlanması üzerine yoğunlaşmış, insan kolunun konumunu algılayarak yaptığı hareketleri tekrarlayabilen robotlar geliştirilmiştir [1-5]. Bazı çalışmalarda uzuvlarını kullanamayan insanlar için rehabilitasyon robotları geliştirilmiştir [6-7]. 90 lı yıllarda dokunsal geri besleme araştırmalarının [8-9] sonucu olarak dış iskelet sistemleri uzaktan etkileşimli uygulamalarda kullanılmaya başlanmıştır [10]. Fizik tedavi ve rehabilitasyonda robotik sistemlerin kullanılması, terapistlerin iş yükünü azaltmanın yanı sıra, hastalar için bu uzun, zahmetli ve maliyetli sürecin daha kolay geçmesi için önemlidir [1, 10]. Rehabilitasyon robotları, gerekli egzersiz hareketlerinin tekrarlanabilir, takip edilebilir ve kolay ayarlanabilir bir şekilde uygulanmasını sağlarken hastaların terapiye aktif olarak katılmaları için, hastalara sadece ihtiyaç duydukları miktarda hareket desteği verebilirler. Bu alanda [11-16] numaralı çalışmalar literatürde önemli yer tutmaktadır. Bu çalışmada dış iskelet robot sınıflarından biri olan üst uzuv dış iskelet robotlarının özellikleri açıklanmış, alanda yapılan birçok çalışma olması nedeni ile literatürde öne çıkan çalışmalar incelenmiştir. Çalışmanın amacı ülkemizde biyomekatronik alanında yapılan çalışmaların sayısının artırılmasına yönelik olarak bu alana yeni girecek araştırmacılar için temel uygulamaları tanıtmaktır. Dış İskelet Sistemleri 1. Giriş Üst Uzuv Tüm Vücut Alt Uzuv Biyomekatronik dünyada özellikle son 10 yılda kapsamı belirlenmeye başlanan yeni bir alandır. Bu alanda ülkemizde sınırlı sayıda çalışma ve araştırmacı bulunmaktadır. Biyomekatronik alanındaki uygulamaların ülkemizde yaygınlaştırılması için mevcut uygulamaların tanıtılması önemlidir. Bu nedenle TOK2015 kapsamında Biyomekatronik Sistemler özel oturumu için bu alanda yapılan çalışmaları tanıtan bir dizi bildiri hazırlanmıştır. Bu alanlardan biri de dış iskelet robotlarıdır. Hareket Destek Sistemleri Pasif Sistemler Rehabilitasyon Sistemleri Aktif Sistemler İnteraktif Sistemler Şekil 1: Dış İskelet Sistemlerinin Sınıflandırılması 41
2. Dış iskelet sistemlerinin sınıflandırılması Dış iskelet robotlarını desteklediği uzva göre alt uzuv ve üst uzuv olarak ikiye ayırmak mümkündür. Bu robotlar kullanılış biçimine göre terapatik sistemler ve hareket destek sistemleri olarak gruplandırılabilirler [17]. Terapatik sistemler genel olarak fizik tedavi merkezlerinde kullanılırken hareket destek sistemleri tek kullanıcıya yönelik olarak hastanın günlük yaşam alanında gerekli aktiviteleri yapabilmesi için tasarlanmıştır [18-20]. Günlük hayatta üst uzuvların kullanımı çok yoğun olduğundan bu bölgede herhangi bir rahatsızlık oluştuğunda insanların yaşam kalitesi daha fazla etkilenir. Bu yüzden rehabilitasyon robotları üzerine yapılan çalışmalar daha çok üst uzuv rehabilitasyon robotları alanına odaklanmıştır [3-4]. Bu çalışmada rehabilitasyon amacıyla tasarlanan terapatik üst uzuv dış iskelet robotları incelenmiştir. Terapatik sistemleri pasif, aktif ve interaktif sistemler olarak üç grupta incelemek mümkündür (Şekil 1) [17]. Pasif sistemlerde herhangi bir aktüatör bulunmaz ve hastanın uzvu fizyoterapist tarafından istenilen pozisyona getirilmek suretiyle tedavi sağlanmaya çalışılır. Aktif sistemlerde hareketi sağlamak için elektriksel, hidrolik ya da pnömatik aktüatörler kullanılır. İnteraktif sistemler ise buna ek olarak değişik kontrol teknikleri kullanarak tedaviye hastanın aktif katılımını sağlarlar [17]. 3. Rehabilitasyon amacıyla kullanılacak olan dış iskelet robotlarının tasarım kriterleri Dış iskelet sistemleri, insan ile mekatronik sistem arasında iletişim kuracak, insanın hareketlerini mümkün olduğu kadar benzer özellikte gerçekleştirmeye çalışacak sistemlerdir. İdeal olarak insan uzvu ile aynı dinamik davranışı göstermelidir. Kullanılan motor ve sensörlerin kalitesi, oluşabilecek mekanik boşluklar gibi birçok sebeple ideal durum sağlanamayacak olmakla birlikte bazı tasarım kriterlerine dikkat edilmesi gerekir. Bir dış iskelet robotunun serbestlik derecesi kullanılacağı uzvun serbestlik derecesine eşit olmalı, böylece ilgili eksenlerde yapacağı hareketleri karşılamalıdır. Hareketler için insan uzvunun normal eklem açıklığı robot tarafından sağlanabilmeli, robot gerekli eklem açıklığından fazlasına sahip ise mutlaka gerekli kısıtlamalarla bu tehlikeli durum önlenmelidir. Ayrıca insan motor fonksiyonlarının hareket tekrar sıklığı ve hız sınırlarına uyulmalıdır. Her hasta için uzuv boyutları değişkenlik göstereceğinden dış iskelet robotunun uzuv boyutları ayarlanabilir olmalıdır. Dış iskelet robotu beden üzerinde fazladan bir yük meydana getireceğinden ağırlığının düşük olması istenir. Şekil 2: Üst uzuv anatomisi [22] Şekil 3: eklemi [22] Fizyoterapide bu ağırlığın sıfırlanması ve egzersizler esnasında hastanın sadece kendi uzuv eylemsizliği ile hareket ediyor olması gerekir. Aktif egzersizlerde robot bu eylemsizlik değerini fizyoterapi şartlarına göre ayarlamalıdır. Bu sebeple rehabilitasyon amacıyla kullanılan dış iskelet robotlarının motorlarının eklemler yerine tabana yerleştirilip mekanizma teknikleri ile hareketin ekleme taşınması önemli bir üstünlük olarak görülür. Ayrıca robot tasarımı esnasında mekanik tekilliğin olmamasına dikkat edilmelidir. Rehabilitasyon süreci uzun ve zahmetli bir süreçtir. Bu yüzden rehabilitasyon robotlarının kullanıcı dostu bir ara yüzünün olması, gerekirse egzersizleri bilgisayar oyunları vasıtasıyla yaptırabiliyor olması önemli bir avantajdır. Bu tasarım kriterlerini tamamen sağlamaya çalışmak robotu kompleks bir yapıya sokup, kontrolü zorlaştıracak ve ayrıca cihazın üretim fiyatını yükseltecektir. Daha çok hastaya ulaşması istenen klinik cihazların fiyatlarının uygun olması gerekir. Bu sebeple tasarımın optimum şartlar göz önüne alınarak gerçekleştirilmesi daha uygundur. 4. Üst uzuv anatomisi ve hareketleri İnsan üst uzvu temel olarak üst kol, ön kol ve el bölümlerinden oluşur ve parmak eklemleri hariç toplam 9 serbestlik derecesine sahiptir (Şekil 2). bölgesinde klavikula, skapula ve humerus kemiklerinin birleşmesi söz konusudur. Böylece omuzda glenohumeral, akromioklavikular, sternoklavikular ve skapulotorastik eklemlerden söz edilebilir (Şekil 3). Üst kolu gövdeye bağlayan omuz bölgesinin glenohumeral eklemi omuz eklemi olarak anılır. Bu eklem top-soket biçimli küresel eklem olup 3 serbestlik derecesine sahiptir. Burada yapılabilen hareketler şekil 3 de görüldüğü gibi fleksiyon-ekstansiyon, abdüksiyonaddüksiyon ve medyal /yanal rotasyon şeklindedir [21, 22]. Yine omuz bölgesinin sternoklavikular eklemi göz önüne alındığında burada 2 serbestlik derecesi daha olduğu söylenebilir. Elevasyon-depresyon ve retraksiyon-protraksiyon olarak isimlendirilen bu hareketler genellikle modellemenin dışında bırakılır [21, 22]. bölgesi dirsek eklemi ve radyoulnar eklemleri içerir (Şekil 4). eklemi fleksiyonekstansiyon ve ön kol ile birlikte pronasyon-supinasyon olmak üzere 2 serbestlik derecesine sahiptir (Şekil 4). Yapısı şekil 5 de gösterilmiş olan bilekte ise radyokarpal, interkarpal ve karpometakarpal eklemlerden söz edilebilir. Genel olarak bilek eklemi ise fleksiyon-ekstansiyon ve radyal/ulnar eviasyon olarak 2 serbestlik derecesine sahiptir (Şekil 5). 42
Şekil 4: eklemi ve hareketi Şekil 5: eklemi ve hareketleri [22] Tablo 1: Hareket eklem açıklıkları [36] Eklem Hareket Açıklık Fleksiyon / Ekstansiyon 150-180 /40-50 Abdüksiyon / Adüksiyon 180 /30-40 Medyal / Yanal Rotasyon 70-95 /40-70 Fleksiyon / Ekstansiyon 135-140 /0 Pronasyon / Supinasyon 85-90 /70-90 Fleksiyon / Ekstansiyon 73 /70 Abdüksiyon / Adüksiyon 27 /27 5. Üst uzuv rehabilitasyonunda kullanılan robot manipülatörler 5.1. Mekanik Dizayn Günümüze kadar rehabilitasyon amacıyla kullanılmak üzere çok sayıda üst uzuv dış iskelet robot geliştirilmiştir. Tasarımlarda genellikle parmak eklemleri hariç diğer eklemler için mekanizmalar geliştirilmiştir. Parmak hareketlerinin rehabilitasyonunda kullanılmak üzere ayrıca el rehabilitasyon robotları üzerinde çalışmalar yapılmıştır [23-26]. Ren ve diğerlerinin çalışmasında ise omuz, dirsek ve bilek eklemlerinin yanı sıra el açma-kapama hareketi için de aktif bir serbestlik derecesi ayırılmıştır [27]. IntelliArm olarak isimlendirilen robot 8 aktif toplam 10 serbestlik derecesine sahiptir. Üst uzuv dış iskeletlerde genellikle omuz bölgesi sternoklavikular ekleminin serbestlik dereceleri de göz ardı edilmektedir. Bu durum robotların etkinliğini azaltmaktadır. Bazı çalışmalarda bu ekleme ait 2 hareket için pasif serbestlik dereceleri bırakıldığı görülmektedir [27-30]. IntelliArm sternoklavikular eklemde elevasyon-depresyon hareketi için aktüatörlü bir serbestlik derecesi taşırken, Ball ve diğerlerinin çalışmasında hem elevasyon-depresyon hem de retraksiyonprotraksiyon hareketlerinin aktif serbestlik dereceleriyle sağlandığı görülmektedir [21, 27, 29, 31]. da yapılan hareketlerin tamamında dönme merkezinin aynı olmadığı görülmektedir. Bu durum pozisyon farklılığı sebebiyle hatalı sonuçlar ortaya çıkarmaktadır. Bunu önlemek adına Kiguchi ve diğerleri omuz eklemi için hareketli dönme merkezli bir mekanizmaya sahip dış iskelet robot geliştirmişlerdir [32, 33]. Buna benzer olarak bilek ekleminde de fleksiyon-ekstansiyon hareketi ile radyal/ulnar deviasyon hareketleri de eş merkezli değildir. Çalışmaların tamamına yakınında bilek eklemi hareketlerinin eş merkezli alındığı görülürken yalnızca Gopura ve Kiguchi tasarımlarında bu farklılığı göz ardı etmemiştir [34]. Dış iskelet robotlarının büyük bir kısmının seri manipülatörler olarak tasarlandığı görülmektedir. Seri manipülatörde tahrik elemanları eklemelere yerleştirilir. Bu durum ataletlere yansır. Diğer yandan dinamik denklemler karmaşıktır. Fakat özellikle son yıllarda birçok araştırmacı paralel ve seri-paralel mekanizmalara yönelmektedir [35-40]. Paralel mekanizmalar düşük eylemsizlik-yüksek tork elde etmek ve yüksek hassasiyet amacıyla tercih edilmektedir. Ayrıca üst uzuv dış iskelet robotlarında genellikle aktüatör olarak elektrik motoru veya pnömatik sistemler kullandığı görülmektedir. Stienen ve diğerleri ve Mistry ve diğerleri hidrolik aktüatörler kullanan rehabilitasyon robotları geliştirmişlerdir [41-43]. [44, 45] numaralı çalışmada ise araştırmacılar rehabilitasyon amacı taşımaksızın güç artırımı için hidrolik aktüatörlü dış iskeletler geliştirmişlerdir. 5.2. Kontrol teknikleri Rehabilitasyon amacıyla geliştirilmiş olan dış iskelet robotlarında farklı kontrol metotları uygulanmıştır. En yaygın kontrol metodu empedans kontroldür [28, 41, 46-48]. Empedans kontrol robot kolu uç işlevcisinin mekanik empedansının ayarlanması yolu ile gerçekleştirilir. İnsan uzvu ile mekanik etkileşim halinde olan robotun empedansının fizyoterapi esnasında değiştirilmesi suretiyle özellikle aktif ve interaktif egzersizler sırasında hastanın hareket kabiliyetinin yanında kuvvet uygulama becerisinin de gelişimi sağlanmaya çalışılmaktadır. Bunun yanında benzer bir kontrol yöntemi olan admitans kontrolün de bazı araştırmacılar tarafından tercih edildiği görülmektedir [41, 49-51]. Son yıllarda daha etkin kontrol yöntemleri olan nöro-bulanık kontrol [33, 52, 53], kayan kipli kontrol [54, 55] ve uyarlanabilir (adaptif) kontrol [46, 53] gibi yöntemler de dış iskelet robotların kontrolünde kullanılmaktadır. Bazı araştırmacıların EMG bazlı geri besleme yaparak kontrolü sağladıkları çalışmalar da mevcuttur [7-24-28-48-51-52]. Tablo 2 de rehabilitasyona yönelik olarak geliştirilen üst uzuv dış iskelet robotlarından bazıları incelenmiştir. 6. Dış iskelet robotlarının geleceği Dış iskelet sistemlerinin tasarımındaki önemli ilkelerden biri de düşük ağırlığa sahip olmasıdır. Bunu sağlamak için dış iskelet sistemlerinde kullanılan sensör, aktüatör ve güç kaynağı gibi ünitelerin hafif olması gerekir. Bu ünitelerin boyutlarının da küçültülmesiyle birlikte daha verimli şekilde kullanılabileceğini söylemek mümkündür. Sensörler için ölçüm hassasiyetinin yükselmesi, aktüatörler için kuvvet/kütle oranının yükselmesi ve güç kaynakları için besleme süresi/kütle oranının yükselmesi konularında ortaya çıkacak teknolojik gelişmeler dış iskelet robotlarının da gelişmesini ve yaygınlaşmasını sağlayacaktır. 43
Tablo 2: Rehabilitasyon amacıyla geliştirilen üst uzuv dış iskelet robotlarının özellikleri Robot Aktüatör Aktif Serbestlik Derecesi Uzuv Hareket Kontrol Yöntemi Yıl MIT-Manus [14] Elektriksel 5 Empedans Kontrol MAHI [40] 2006 Intelli Arm [27] Elektriksel 8 SUEFUL-7 [28] El Elevasyon-Depresyon İntelligent Kontrol Tekn. CADEN [49] Elektriksel 7 Admitans Kontrol 2007 1992 2009 EMG Tabanlı 2009 Neuro-Fuzzy Empedans Kontrol EXO-UL7 [50] PID Admitans Kontrol 2011 MEDARM [31] (Kiguchi ve diğerleri) [33] Elektriksel Cable Driven 6 Elektriksel 2 BONES [39] Pnömatik 4 Sarcos Master Arm [43] Elevasyon-Depresyon Retraksiyon-Protraksiyon İntelligent Kontrol 2007 EMG Tabanlı Neuro- Fuzzy Kontrol 2003 (-) 2008 HBSA [44] Hidrolik 7 (-) 2013 ULERD [48] Elektriksel 3 Empedans Kontrol Admitans Kontrol 2005 2013 44
7. Sonuçlar Bu çalışmada rehabilitasyon amacıyla tasarlanmış üst uzuv rehabilitasyonuna yönelik dış iskelet robotları incelenmiştir. Dış iskelet robotları mekanik yapı olarak insan vücuduna uyum gösterdiği için uç işlevci robotlara göre rehabilitasyon amacıyla kullanılmaya daha yatkındır. Mekanik tasarımın iyileştirilmesi ve kontrol algoritmalarının geliştirilmesi üzerinde yoğunlaşan Kaynakça [1] Repperger, D. W., Remis, S. J., and Merrill, G. Performance measures of teleoperation using an exoskeleton device. In Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, Nice, France, 1990. [2] Repperger,D.W. and Remis,S. J.Use of a multi-axis Fitts law paradigm to characterize total body motion-a study in teleoperation. In Proceedings of the IEEE Conference on System Engineering, Pittsburgh, PA, USA, pp. 105 108, 1990. [3] Jau, B. M. Anthropomorphic exoskeleton dual arm/hand telerobot controller. In Proceedings of the IEEE Workshop on Intelligent Robots and systems, pp. 715 718, 1988. [4] Sala, R., Milanesi, S., and Rovett, A. Measurement ofsingle phalanges positioin: a new fast and accurate solution. In Proceedings of the 20th Int. Conference on Industrial Electronics, Control and Instrumentation, vol. 2, pp. 942 945, 1994. [5] Wright, A. K. and Stanisic, M. M. Kinematic mapping between the EXOS handmaster exoskeleton and the Utah/MiT dextrous hand. In Proceedings of the IEEE International Conference on System Engineering, pp. 101 104, 1990. [6] Lee, S., Agah, A., and Bekey, G. IROS: an intelligent rehabilitative orthotic system for cerebrovascular accident. In Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, pp. 815 819, 1990. [7] Brown, P., Jones, D., Singh, S. K., and Rosen, J. M.,The exoskeleton glove for control of paralyzed hands. In Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol. 1, pp. 642 647, 1993. [8] Burdea, G.C., Force and Touch Feedback for Virtual Reality. New York: Wiley, 1996. [9] D.K.Boman, International survey:virtualenvironment research, Computer, vol. 28, no. 6, pp. 57 65, Jun. 1995. [10] Yang, C-J., Zhang, J-F., Chen, Y., Dong, Y-M., Zhang, Y., A review of exoskeleton-type systems and their key Technologies, Proc. IMechE Vol. 222 Part C: J. Mechanical Engineering Science, 2008. [11] Reinkensmeyer, D. J., Dewald, J. P. A., Rymer, W. Z., Guidance-Based Quantification of Arm ImpairmentFollowing Brain Injury: A Pilot Study, IEEE Transactions on Rehabilitation Eng., 1999. [12] Loureiro, R., Amirabdollahian, F., Topping, M., Driessen, B., Harwin, W., Upper Limb Robot Mediated Stroke Therapy GENTLE/s Approach, Kluwer Academic Publishers, Autonomous Robots 15, 35 51, 2003. çalışmaların ürünü olarak günümüzde klinik ortamda bu robotlar kullanılmaya başlanmıştır. Tasarım esnasında maliyetlerin de düşürülmesi sağlanabilirse bu robotların tedavi amacıyla kullanımı yaygınlaşacak, daha çok hastaya rehabilitasyon imkanı sunulabilecektir. Günümüzde internet altyapısı güçlendiği için bu robotlar ev ortamına taşınıp hastalar kliniklere gitme zahmetinden de kurtulabilecektir. [13] Burgar, C., Lum, P.S., Shor, P.C., Van der Loos, H.F.M., Development of robots for rehabilitation theraphy: The Palo Alto VA/Stanford experience, Journal of Rehabilitation Researchand Development, Vol:37 No:6 pp:663-673, 2000. [14] Hogan, N., Krebs, H.I., Charnnarong, J., Srikrishina, P., Sharon, A., MIT - MANUS : A Workstation for Manual Therapy and Training I, IEEE International Workshop on Robot and Human Comm., 1992. [15] Toth, A., Fazekas, G., Arz, G., Jurak, M., Horvath, M., Passive Robotic Movement Therapy of the Spastic Hemiparetic Arm with REHAROB: Report of the First Clinical Test and the Followup System Improvement, Proceedings of the IEEE 9th Int.l Conference on Rehabilitation Robotics, 2005. [16] Sanchez, R.J. Jr.,Wolbrecth, E., Smith, R., Liu, J., Rao, S., Cramer, S., Rahman, T., Bobrow, J.E., Reinkensmeyer, D.J., A Pneumatic Robot for Re- Training Arm Movement after Stroke: Rationale and Mechanical Design, Proceedings of the IEEE 9th Int.l Conference on Rehabilitation Robotics, 2005. [17] Riener, R., Nef, T., Colombo, G., Robot-aided neurorehabilitation of the upper extremities., Med. Bio. Emg. Comp., 2005. [18] Leifer, L., Rehabilitive Robotics, Robot Age, pp:4-11, 1981. [19] Van der Loos, H.F.M., Michalowski, S.J., Lleifer, J.L., Development of an omnidirectional mobile vocational asistant robot, Proc. 3rd Int. Conf. Assoc. Aadvancement Rehab. Tech., 1988. [20] Kwee, H., Duimel J., Smit, J., De Moed, A.T., Van Woerden, J., Kolk, L.V.D., The Manus Wheelchair-mounted manipülatör: Developments Toward a Production Model, Proc. 3rd Int. Conf. Assoc. Aadvancement Rehab. Tech., 1988. [21] Lo, H.S., Xie, S.Q., Exoskeleton robots for upperlimb rehabilitation: State of the art and future prospects, Medical Engineering &Physics, 2012. [22] Gopura, R.A.R.C., Kiguchi, K., Mechanical Designs of Active Upper-Limb Exoskeleton Robots State-of-the-Art and Design Difficulties, IEEE 11th Int. Conference on Rehabilitation Robotics, 2009. [23] Balasubramanian S, Klein J, Burdet E., Robotassisted rehabilitation of hand function., Current Opinion in Neurology, pp:661 70, 2010. [24] Mulas, M., Folgheraiter, M., Gini, G., An EMGcontrolled Exoskeleton for Hand Rehabilitation, Proceedings of the IEEE 9th International Conference on Rehabilitation Robotics, 2005. [25] Wornsnopp, T.T., Peshkin, M.A., Colgate, J.E., Kamper, D.G., An Actuated Finger Exoskeleton for Hand Rehabilitation Following Stroke, Proceedings of the IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics, 2007. [26] Kawasaki, H., Ishigure, Y., Nishimoto, Y., Aoki, T., Mouri, T., Sakaeda, H., Abe, M., Development of a Hand Motion Assist Robot for Rehabilitation 45
Therapy by Patient Self-Motion Control, Proceedings of the IEEE 10th International Conference on Rehabilitation Robotics,2007. [27] Yen, R., Park, H.S., Zhang, L.Q., Developing a whole-arm exoskeleton robot with hand opening and closing mechanism for upper limb stroke rehabilitation, 11th Inter. Conference on Rehabilitation Robotics, 2009. [28] Gopura, R.A.R.C., Kiguchi, K., Li, Y., SUEFUL-7: A 7DOF Upper-Limb Exoskeleton Robot with Muscle-Model-Oriented EMG-Based Control, Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, 2009. [29] Park, H.S., Ren, Y., Zhang, L.Q., IntelliArm: An Exoskeleton for Diagnosis and Treatment of Patients with Neurological Impairments, Proceedings of the 2nd Biennial IEEE/RAS-EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics, 2008. [30] Stienen, A.H.A., Hekman, E.E.G., Van der Helm, F.C.T., Van der Kooij, H., Self-Aligning Exoskeleton. Axes Through Decoupling of Joint Rotations and Translations, Transactions on Robotics, Vol. 25, No. 3, 2009. [31] Ball, S.J., Brown, I.E., Scott, S.H., MEDARM: a rehabilitation robot with 5DOF at the shoulder complex, IEEE/ASME international conference on Advanced intelligent mechatronics, 2007. [32] K. Kiguchi, Active Exoskeletons for Upper-Limb Motion Assist, J. Humanoid Robotics, vol. 4, no. 3, pp. 607-624, 2007. [33] K. Kiguchi, K. Iwami, M. Yasuda, K. Watanabe, and T. Fukuda, An Exoskeletal Robot for Human Shoulder Joint Motion Assist, IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, vol. 8, no. 1, pp. 125-135, 2003. [34] R. A. R. C. Gopura and Kazuo Kiguchi, An Exoskeleton Robot for Human Forearm and Wrist Motion Assist-Hardware Design and EMG-Based Controller, J. Advanced Mech. Design, Syst. And Manufacturing, vol.2, no. 6, pp. 1067-1083, 2008. [35] Giberti, H., Bertoni, V., Coppola, G., Conceptual Design and Feasibility Study of a novel upper-limb Exoskeleton, IEEE/ASME 10th International Conference on Mechatronic and Embedded Systems and Applications (MESA), 2014. [36] Chen, Y., Li, G., Zhu, Y., Zhao, J., Cai, H., Design of a 6-DOF upper limb rehabilitation exoskeleton with parallel actuated joints, Bio-Medical Materials and Engineering, 2014. [37] Hong, M., Kim, S.J., Kim, K., KULEX: ADL Power Assistant Robotic System for the Elderly and the Disabled, 10th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI), 2013. [38] Hong, M.B., Kim, S.J., Kim, K., Development of a 10-DOF Robotic System for Upper-Limb Power Assistance, 9th Int. Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI), 2012. [39] Klein, J., Spencer, S.J., Allington, J., Minakata, K., Wolbrecht, E.T., Smith, R., Bobrow, J.E., Reinkensmeyer, D.J., Biomimetic Orthosis for the Neurorehabilitation of the Elbow and Shoulder (BONES), Proceedings of the 2nd Biennial IEEE/RAS-EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics, 2008. [40] Gupta, A., O Malley, M.K., Design of a Haptic Arm Exoskeleton for Training and Rehabilitation, IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, 2006. [41] Stienen, A.H.A., Hekman, E.E.G., Braak, H., Aalsma, A.A.M., Helm, F.C.T., Kooij, H., Design of a Rotational Hydroelastic Actuator for a Powered Exoskeleton for Upper Limb Rehabilitation, IEEE Trans. on Biomedical Eng., Vol. 57, No. 3, 2010. [42] Stienen, A.H.A., Hekman, E.E.G.,Prange, G.B., Jannink, M.J.A., Aalsma, A.A.M., Helm, F.C.T., Kooij, Dampace: Design of an Exoskeleton for Force-Coordination Training in Upper-Extremity Rehabilitation, Journal of Medical Devices, Volume 3, Issue 3, 2009. [43] Mistry, M., Mohajerian, P., Schaal, S., An Exoskeleton Robot for Human Arm Movement Study, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2005. [44] Ohnishi, K., Saito, Y., Oshima, T., Higashihara, T., Powered Orthosis and Attachable Power-Assist Device with Hydraulic Bilateral Servo System, 35th Annual International Conference of the IEEE EMBS, 2013. [45] Deng, M., Wang, Z., He, H., Xue, Y., Design and Weight Lifting Analysis of a Streghten Upper Limb Exoskeleton Robot, Applied Mechanics and Materials Vol: 437, 2013. [46] Xu,G., Song, A., Pan, L., Gao, X., Liang, Z., Li, J., Xu, B., Clinical experimental research on adaptive robot-aided therapy control methods for upper-limb rehabilitation, Robotica, Volume 32, 2014. [47] Lee, J., Kim, M., Oh, S., Kim, K., Integrated Control Method for Power-Assisted Rehabilitation: Ellipsoid Regression and Impedance Control, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2014. [48] Song, Z., Guo, S., Pang, M., Zhang, S., Xiao, N., Gao, B., Shi, L., Implementation of Resistant Training Using an Upper-Limb Exoskeleton Rehabilitation Device for Elbow Joint, Journal of Medical and Biological Engineering, 2013. [49] Kim, H., Miller, L.M., Li, Z., Roldan, J.R., Rosen, J., Admittance Control of an Upper Limb Exoskeleton Reduction of Energy Exchange, 34th Annual Int. Conference of the IEEE EMBS, 2012. [50] Yu, W., Rosen, J., Lli, X., PID Admittance Control for an Upper Limb Exoskeleton, American Control Conference, 2011. [51] Huo, W., Huang, J., Wang, Y., Wu, J., Cheng, L., Control of Upper-Limb Power-Assist Exoskeleton Based on Motion Intention Recognition, IEEE Int.. Conference on Robotics and Automation, 2011. [52] Kiguchi, K., Hayashi, Y., An EMG-Based Control for an Upper-Limb Power-Assist Exoskeleton Robot, IEEE Trans. on Sys, Man, and Cybernetics Part B: Cybernetics, 2012. [53] Xu, G., Song, A., Li, H., Adaptive Impedance Control for Upper-Limb Rehabilitation Robot Using Evolutionary Dynamic Recurrent Fuzzy Neural Network, Intell Robot Syst, 2011. [54] Miranda, A.B.W., Forner-Cordero, A., Upper limb exoskeleton control based on Sliding Mode Control and Feedback Linearization, Biosignals and Biorobotics Conference, 2013. [55] Frisoli, A., Sotgiu, E., Procopio, C., Bergamaosco, M., Rossi, B., Chisari, C., Design and Implementation of a Training Strategy in Chronic Stroke with an Arm Robotic Exoskeleton, IEEE Int.l Conference on Rehabilitation Robotics, 2011. 46