TWI682800B - 上肢訓練系統及控制方法 - Google Patents

Abstract

一種上肢訓練系統，適用於一使用者的一上肢，包括一本體以及一控制單元。本體包括一訓練單元以及複數個馬達。訓練單元連接於上肢，且這些馬達耦接於訓練單元。控制單元電性連接於訓練單元以及這些馬達，並計算訓練單元的一端點的一位置且根據各個馬達的轉矩計算對應各個馬達的一轉矩區間。此外，一種適用於上述上肢訓練系統的控制方法亦被提供。

Description

上肢訓練系統及控制方法

本發明是關於一種上肢訓練系統及控制方法，且特別是關於一種可提供阻抗轉矩以實現安全防護機制的上肢訓練系統及其控制方法。

上肢訓練是肢體動作訓練的一大課題。一般而言，肢體訓練時會透過輔助裝置連接使用者的肢體，並由動作指導人員引導肢體沿特定軌跡運動，之後輔助裝置沿著動作指導人員引導的軌跡移動肢體以達到訓練的效果，而在訓練過程中可能會發生異常情況，例如使用者因為肌肉疲勞或其它因素而產生痙攣的現象。為此，動作指導人員以及輔助器材的研發者也著手研究偵測或對應上述異常情況的方法，例如在台灣專利TW I587843中提供一種下肢痙攣的偵測方法，當使用者發生痙攣時，下肢支撐架控制馬達停止運轉，進而使步態復健機結束動作，以避免痙攣發生後機器仍持續帶動肢體而造成傷害。

然而，由於下肢的運動模式及範圍較為單純，因此無法將同樣的機制直接套用在上肢訓練裝置上。此外，若在使用者發生痙攣時立刻停止馬達，使用者可能因為肢體張力無法得到舒緩而造成傷害，但若讓馬達持續運轉，使用者在舒緩上肢張力的同時，有可能會帶動上肢訓練裝置誤擊頭部或其它軀幹 部份造成傷害。

本發明提供一種上肢訓練系統，其控制單元可計算馬達的轉矩以及訓練單元的端點的位置，並控制馬達提供阻抗轉矩以舒緩使用者的上肢張力。

本發明的上肢訓練系統，適用於一使用者的一上肢，且包括一本體以及一控制單元。本體包括一訓練單元以及複數個馬達。訓練單元連接於上肢，且這些馬達耦接於訓練單元。控制單元電性連接於訓練單元以及這些馬達，並計算訓練單元的一端點的一位置且根據各個馬達的轉矩計算對應各個馬達的一轉矩區間。當這些馬達的至少其中之一的轉矩超出對應的轉矩區間，且訓練單元的端點未移動至一預定位置時，控制單元控制各個馬達輸出一第一轉矩至訓練單元。當這些馬達的至少其中之一的轉矩超出對應的轉矩區間，且訓練單元的端點移動至預定位置時，控制單元控制各個馬達輸出一第二轉矩至訓練單元，使訓練單元的端點遠離預定位置。

此外，本發明還提供一種適用於上述上肢訓練系統的控制方法，可防止使用者在上肢訓練的過程中誤擊自身造成傷害。

本發明的控制方法，適用於一上肢訓練系統，且上肢訓練系統包括一本體以及一控制單元。本體包括一訓練單元以及複數個馬達，且訓練單元、這些馬達以及控制單元彼此電性連接。控制方法包括執行一教學步驟以及一重現步驟。教學步驟包括將上肢連接於訓練單元，引導訓練單元移動並紀錄一移動軌跡。重現步驟包括藉由訓練單元帶動使用者的上肢移動，取得對應各個馬 達的一轉矩區間，並執行一防護機制。防護機制包括控制單元判斷各個馬達的轉矩是否超出對應各個馬達的轉矩區間，控制單元計算訓練單元的一端點的一位置，並判斷訓練單元的端點是否移動至一預定位置，以及控制單元控制各個馬達輸出一第一轉矩或一第二轉矩至訓練單元。

基於上述，本發明提供的上肢訓練系統及控制方法，當在訓練過程中發生異常情況，例如使用者發生痙攣時，可藉由控制單元控制各個馬達輸出第一轉矩至訓練單元，舒緩使用者的上肢張力。除此之外，當使用者可能誤擊自身時，控制單元控制各個馬達輸出第二轉矩至訓練單元，使訓練單元的端點遠離預定位置避免造成傷害。

為使本發明的上述特徵和優點更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示做詳細說明如下。

1000、1000’‧‧‧上肢訓練系統

1100‧‧‧本體

1110‧‧‧基座

1120‧‧‧訓練單元

1122‧‧‧第一連桿

1124‧‧‧第二連桿

1140‧‧‧馬達

1200‧‧‧控制單元

1220‧‧‧教學模組

1240‧‧‧重現模組

1260‧‧‧計算模組

1300‧‧‧驅動單元

1320‧‧‧伺服驅動器

1340‧‧‧編碼器

1400、1400’‧‧‧虛擬壁面

2000‧‧‧使用者

A₁‧‧‧第一軸

A₂‧‧‧第二軸

A₃‧‧‧第三軸

BT‧‧‧胸厚

C‧‧‧值

D‧‧‧距離

d、d₁、d₂、d₃、d₄、d₅‧‧‧長度

E‧‧‧端點

G‧‧‧增益比例

G*‧‧‧調整前增益比例

K_p‧‧‧距離權重

K_v‧‧‧速度權重

r₁、r₂‧‧‧半徑

S₁₀₀、S₂₀₀、S₂₁₀、S₂₂₀、S₂₃₀、S₂₄₀、S₂₅₀、S₂₆₀、S₂₇₀、S₂₈₀、S₂₉₀‧‧‧步驟

SA‧‧‧安全裕度

SW‧‧‧肩寬

T‧‧‧轉矩

T₁‧‧‧第一轉矩

T₂‧‧‧第二轉矩

TI_upper‧‧‧上界

TI_lower‧‧‧下界

V_d‧‧‧速度

X‧‧‧交會點

x₀、y₀、z₀‧‧‧方向

θ₁、θ₂、θ₃‧‧‧角度

第1圖為本發明的一實施例的上肢訓練系統的立體示意圖。

第2圖為第1圖的上肢訓練系統的功能方塊示意圖。

第3圖為一使用者利用第1圖的上肢訓練系統進行上肢訓練時的示意圖。

第4圖為第3圖的上肢訓練系統的訓練單元的一端點的位置示意圖。

第5圖為第4圖朝第一軸A₁方向的俯視圖。

第6圖為第4圖朝第二軸A₂方向的側視圖。

第7圖為本發明的一實施例的控制方法的步驟流程圖。

第8圖為本發明的一實施例的上肢訓練系統的馬達的轉矩以及對應馬達的 轉矩區間的曲線圖。

第9圖為第3圖的上肢訓練系統以及虛擬壁面的示意圖。

第10圖為第7圖中防護機制的流程圖。

第11圖為一使用者利用本發明的另一實施例的上肢訓練系統進行上肢訓練時的示意圖。

第12圖為第11圖的上肢訓練系統以及虛擬壁面的示意圖。

有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。值得一提的是，以下實施例中所提到的耦接、電性連接，代表元件間可以直接或間接、有線或無線的方式傳遞電訊號、磁訊號以及命令訊號等電性能量或資料。因此，使用的連接用語是用以說明，而非對本發明加以限制。此外，在下列各實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號。

第1圖為本發明的一實施例的上肢訓練系統的立體示意圖，第2圖為第1圖的上肢訓練系統的功能方塊示意圖，第3圖為一使用者利用第1圖的上肢訓練系統進行上肢訓練時的示意圖，請參考第1圖至第3圖。本實施例的上肢訓練系統1000包括一本體1100、一控制單元1200以及一驅動單元1300，本體1100包括一基座1110、一訓練單元1120以及複數個馬達1140，訓練單元1120連接於基座1110，這些馬達1140耦接於訓練單元1120，控制單元1200電性連接於訓練單元1120以及這些馬達1140，且驅動單元1300電性連接於訓練單元1120、這些馬達1140以及控制單元1200。

具體而言，本實施例的上肢訓練系統1000適用於一使用者2000的上肢。當使用者2000進行上肢訓練時，需將訓練單元1120連接於上肢，其中訓練單元1120包括一第一連桿1122以及連接於第一連桿1122的一第二連桿1124。第一連桿1122繞一第一軸A₁以及獨立於第一軸A₁的一第二軸A₂旋轉，第二連桿1124繞獨立於第一軸A₁以及第二軸A₂的一第三軸A₃旋轉。在本實施例中，馬達1140一共有三個，分別對應第一連桿1122以及第二連桿1124在上述三個軸上的轉動，第一軸A₁為使用者2000進行上肢訓練時，第一連桿1122輔助肩關節旋轉的鉛直軸；第二軸A₂為使用者2000進行上肢訓練時，第一連桿1122輔助肩關節旋轉的水平軸；而第三軸A₃為使用者2000進行上肢訓練時，第二連桿1124輔助肘關節相對於第一連桿1122旋轉的一軸。因此，當操作上肢訓練系統1000進行上肢訓練時，使用者2000的肩膀位於第一軸A₁以及第二軸A₂的交會點X，而使用者2000的手肘位於第三軸A₃上。藉此，控制單元1200能根據第一連桿1122和第二連桿1124的長度、第一連桿1122繞第一軸A₁和第二軸A₂旋轉的角度以及第二連桿1124繞第三軸A₃旋轉的角度，計算訓練單元1120的一端點E的位置。值得一提的是，第一連桿1122、第二連桿1124、馬達1140以及對應的旋轉軸數量並不以此為限，只要是能輔助使用者2000進行上肢訓練的連桿、提供上述連桿進行訓練時動力的馬達以及執行訓練動作所需的旋轉軸，皆為本發明的保護範圍。

第4圖為第3圖的上肢訓練系統的訓練單元的一端點的位置示意圖，第5圖為第4圖朝第一軸A₁方向的俯視圖，第6圖為第4圖朝第二軸A₂方向的側視圖，請參考第4圖至第6圖。更進一步而言，若將訓練單元1120連接於基座1110處定義為原點，將使用者2000進行上肢訓練時的前方、左方以及上方分別定義為x₀、y₀以及z₀方向，將連接第一連桿1122的兩根桿件的長度、第一連桿1122的長度、第二連桿1124的長度以及第二連桿1124至訓練單元1120的端點E的距離分 別定義為d₁、d₂、d₃、d₄以及d₅，並將長度d₁的桿件與x₀方向間的水平夾角、第一連桿1122與x₀方向間的鉛直夾角以及第二連桿1124相對於第一連桿1122延伸方向的鉛直夾角分別定義為θ₁、θ₂以及θ₃，其中θ₁、θ₂以及θ₃以第5圖以及第6圖中順時針方向為正，則訓練單元1120的端點E相對於原點的x、y以及z座標可由幾何公式計算得出： x=(d ₁-d ₅)cos(θ ₁)-[d ₃cos(θ ₂)+d ₄cos(θ ₂+θ ₃)]sin(θ ₁)

y=(d ₁-d ₅)sin(θ ₁)+[d ₃cos(θ ₂)+d ₄cos(θ ₂+θ ₃)]cos(θ ₁)

z=d ₂-d ₃sin(θ ₂)-d ₄sin(θ ₂+θ ₃)

其中sin以及cos分別為括號內夾角的正弦值以及餘弦值。藉此，上肢訓練系統1000能藉由控制單元1200精確計算出端點E相對於訓練單元1120連接於本體1100的部份的位置座標。

第7圖為本發明的一實施例的控制方法的步驟流程圖，第8圖為本發明的一實施例的上肢訓練系統的馬達的轉矩以及對應馬達的轉矩區間的曲線圖，請同時參考第2圖、第7圖以及第8圖。本實施例的控制方法適用於上述的上肢訓練系統1000，其中上肢訓練系統1000的控制單元1200包括一教學模組1220、一重現模組1240以及一計算模組1260。更進一步而言，控制單元1200還包括一模組切換單元(未繪示)可對應上肢訓練時的不同步驟在各個模組間切換，而控制方法包括執行一教學步驟S₁₀₀以及執行一重現步驟S₂₀₀。在教學步驟S₁₀₀中，使用者2000或動作指導人員將使用者2000的上肢連接於訓練單元1120，之後動作指導人員引導使用者2000的上肢沿一特定軌跡移動，並藉由上肢帶動訓練單元1120移動，此時教學模組1220錄製動作指導人員引導上肢的移動軌跡 並加以儲存。

在教學步驟S₁₀₀結束後，動作指導人員或使用者2000可操作上肢訓練系統1000執行重現步驟S₂₀₀，此時控制單元1200的重現模組1240會重現教學模組1220在教學步驟S₁₀₀中錄製的移動軌跡。具體而言，控制單元1200傳遞一命令至驅動單元1300，在本實施例中，驅動單元1300包括一伺服驅動器1320以及一編碼器1340，當驅動單元1300接收到來自於控制單元1200的命令時，伺服驅動器1320驅動各個馬達1140運轉，並驅動訓練單元1120沿著教學模組1220在教學步驟S₁₀₀中錄製的移動軌跡移動。值得一提的是，驅動單元1300所使用的馬達用驅動器並不限於伺服驅動器1320，只要能驅動各個馬達1140重現錄製的移動軌跡，諸如線性驅動器、步進驅動器以及各自對應的馬達亦為本發明的保護範圍。 當上肢訓練系統1000帶動使用者2000的上肢以及訓練單元1120沿上述的移動軌跡移動複數次後，驅動單元1300感測各個馬達1140的轉矩T，並透過編碼器1340將上述複數次訓練單元1120移動時各個馬達1140的轉矩T編碼成一資料，再將此資料傳遞至控制單元1200。控制單元1200接收此資料後，計算模組1260根據上述複數次訓練單元1120移動時各個馬達1140的轉矩T的平均值定義出一轉矩平均值μ_i，以及根據上述複數次訓練單元1120移動時各個馬達1140的轉矩T的標準差定義出一轉矩標準差σ_i，並藉由以下公式計算對應各個馬達1140的轉矩區間的上界TI_upper以及下界TI_lower：TI _upper =μ _i +(δ+w)σ _i

TI _lower =μ _i -(δ+w)σ _i

其中i為各個馬達1140的編號；δ為一靈敏度參數，理論上為一大於零的實數，在本實施例中介於0至15之間，並可依據不同使用者2000的狀況供動作指導人員調整；w為一權重，在本實施例中為3，但本發明並不以此為限。換言之，在教學步驟S₁₀₀中，動作指導人員或使用者2000可藉由上肢帶動訓練單元1120移動並取得對應各個馬達1140的轉矩區間，如第8圖所示。

除此之外，在重現步驟S₂₀₀中，控制單元1200更執行一防護機制。第9圖為第3圖的上肢訓練系統以及虛擬壁面的示意圖，請同時參考第3圖以及第9圖。在本實施例中，上肢訓練系統1000更定義位於使用者2000的頭部與訓練單元1120的端點E之間的一虛擬壁面1400，其中虛擬壁面1400為相互垂直的兩平面。具體而言，如第9圖所示，若將使用者2000的軀幹簡化為一橢圓，則橢圓中心至右側的長軸端點的距離即為使用者2000的肩寬SW，而橢圓中心至前側的短軸端點的距離即為使用者2000的胸厚BT。本實施例的上肢訓練系統1000依據人因工程學中人體肩寬SW以及胸厚BT的95百分位值，將其各乘上1.2倍的安全係數分別得到虛擬壁面1400中兩平面與使用者2000間的距離，即第9圖中的1.2倍肩寬SW以及1.2倍胸厚BT。

更進一步而言，虛擬壁面1400界定出使用者2000的一安全範圍，當進行上肢訓練時發生異常情況，例如使用者2000的上肢產生痙攣，此時若訓練單元1120的端點E位於虛擬壁面1400相對於使用者2000的內側，使用者2000有因痙攣而帶動訓練單元1120誤擊頭部或軀幹的可能性。為此，控制單元1200將根據訓練單元1120進入虛擬壁面1400的深度，提供訓練單元1120對應的阻抗轉矩。亦即，當訓練單元1120進入虛擬壁面的深度愈深，控制單元1200控制各個馬達1140輸出至訓練單元1120的阻抗轉矩愈大。

第10圖為第7圖中防護機制的流程圖，請同時參考第7圖及第10圖。當防護機制啟動時，控制單元1200判斷訓練單元1120重現錄製的移動軌跡的過程中，各個馬達1140的轉矩T是否超過對應各個馬達1140的轉矩區間(步驟S₂₁₀)。若轉矩T未超過轉矩區間，則訓練單元1120繼續帶動上肢移動(步驟S₂₂₀)；若這些馬達1140的至少其中之一的轉矩T超出對應的轉矩區間時，代表異常情況發生，例如使用者2000的上肢產生了痙攣現象，此後控制單元1200計算訓練單元1120的端點E的位置，並判斷訓練單元1120的端點E是否移動至預定位置(步驟S₂₃₀)。在本實施例中，預定位置位於虛擬壁面1400上，或者是虛擬壁面1400相對於使用者2000的內側。當這些馬達1140的至少其中之一的轉矩T超出對應的轉矩區間，但訓練單元1120的端點E並未移動至預定位置時，代表使用者2000的上肢雖然發生痙攣，但不會誤擊到自身，此時控制單元1200的計算模組1260計算平衡訓練單元1120所在位置的重力的一第一轉矩T₁(步驟S₂₄₀)，並藉由驅動單元1300的伺服驅動器1320驅動各個馬達1140輸出第一轉矩T₁至訓練單元1120(步驟S₂₆₀)。由於使用者2000的上肢以及訓練單元1120的重力被第一轉矩T₁所平衡，使用者2000的上肢得以在負載較低的情況下舒緩因痙攣產生的張力而避免受傷。

然而，當這些馬達1140的至少其中之一的轉矩T超過對應的轉矩區間後，且訓練單元1120的端點E移動至位於虛擬壁面1400上或是虛擬壁面1400相對於使用者2000的內側的預定位置時，代表使用者2000有因上肢痙攣而帶動訓練單元1120誤擊自身的可能性，此時計算模組1260計算平衡訓練單元1120所在位置的重力以及抵抗訓練單元1120向使用者2000身體中心繼續接近的一第二轉矩T₂，其中第二轉矩T₂由一增益比例G以及一原始轉矩T_original定義。具體而言，第二轉矩T₂滿足下列公式： T ₂=G×T _original

當訓練單元1120的端點E位於虛擬壁面1400相對於使用者2000的內側，且訓練單元1120的端點E與虛擬壁面1400的距離D大於訓練單元1120的端點E與虛擬壁面1400的前次感測距離時，代表使用者2000的上肢仍然朝著身體中心移動，此時增益比例G由一調整前增益比例G*、距離D、一距離權重K_p、訓練單元1120的端點E相對於虛擬壁面1400的速度V_d以及一速度權重K_v定義。具體而言，上述的增益比例G滿足下列公式：G=G*+K _p ×D+K _v ×V _d

而當訓練單元1120的端點E位於虛擬壁面1400相對於使用者2000的內側，且訓練單元1120的端點E與虛擬壁面1400的距離D小於等於訓練單元1120的端點E與虛擬壁面1400的前次感測距離時，代表使用者2000的上肢逐漸朝虛擬壁面1400的外側移動，此時增益比例G為調整前增益比例G*減少一定值C。具體而言，增益比例G滿足下列公式：G=G*-C

換言之，控制單元1200的計算模組1260計算增益比例G以及對應的第二轉矩T₂(步驟S₂₅₀)，並藉由驅動單元1300的伺服驅動器1320驅動各個馬達1140輸出第二轉矩T₂至訓練單元1120(步驟S₂₇₀)，使訓練單元1120的端點E移動至虛擬壁面1400的外側。藉此，能在訓練單元1120沿著錄製的移動軌跡移動並帶動使 用者2000的上肢的過程中，避免使用者2000因異常情況發生，例如上肢痙攣而誤擊自身造成傷害，同時也能舒緩使用者2000因痙攣所產生的上肢張力。當控制單元1200判斷訓練單元1120的端點E移動至虛擬壁面1400的外側時(步驟S₂₈₀)，動作指導人員可解除防護機制(步驟S₂₉₀)，使系統回復至一般教學步驟S₁₀₀中的教導過程。

第11圖為一使用者利用本發明的另一實施例的上肢訓練系統進行上肢訓練時的示意圖，請同時參考第3圖及第11圖。本實施例的上肢訓練系統1000’與第3圖的上肢訓練系統1000的主要差異在於：上肢訓練系統1000’所定義的虛擬壁面1400’並非相互垂直的兩平面而是一弧面，藉此亦可達到避免使用者2000因上肢痙攣而誤擊自身造成傷害的效果。

第12圖為第11圖的上肢訓練系統以及虛擬壁面的示意圖，請參考第12圖。詳細而言，本實施例的上肢訓練系統1000’的虛擬壁面1400’可具有多種不同的定義方式。如第12圖所示，若將使用者2000的軀幹簡化為一橢圓，則可根據前述，將人因工程學中人體肩寬SW的95百分位值乘上1.2倍的安全係數，得到以使用者2000的軀幹中心為圓心，1.2倍肩寬SW為半徑r₁的圓柱形虛擬壁面1400’；此外，亦可以訓練單元1120連接本體1100的部份為圓心，由本體1100的長度d以及一安全裕度SA為兩股所得到的斜邊為半徑r₂，得到另一種圓柱形虛擬壁面1400’；又或者，可取1.2倍肩寬SW作為半長軸長度、1.2倍胸厚BT作為半短軸長度，得到一以使用者2000軀幹中心為中心的橢圓柱形虛擬壁面。上述的虛擬壁面1400以及1400’由於使用人因工程學中的統計資料作為設計依據，因此不會因使用者不同而改變虛擬壁面1400或1400’的位置，且均能達到界定使用者2000安全範圍的效果。

綜上所述，本發明的上肢訓練系統藉由控制單元計算對應各個馬達的轉矩區間，可偵測使用者在上肢訓練過程中是否有產生痙攣現象。此外，根據本發明的上肢訓練方法，當使用者的上肢在訓練過程中發生痙攣時，控制單元可控制各個馬達輸出第一轉矩或第二轉矩以舒緩使用者因痙攣所產生的上肢張力，並且防止使用者因痙攣而帶動上肢訓練裝置誤擊頭部或其它軀幹部份而造成傷害。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1000‧‧‧上肢訓練系統

1100‧‧‧本體

1120‧‧‧訓練單元

1140‧‧‧馬達

1200‧‧‧控制單元

1220‧‧‧教學模組

1240‧‧‧重現模組

1260‧‧‧計算模組

1300‧‧‧驅動單元

1320‧‧‧伺服驅動器

1340‧‧‧編碼器

Claims (9)

1. 一種上肢訓練系統，適用於一使用者的一上肢，該上肢訓練系統包括：一本體，包括：一訓練單元，連接於該上肢；以及複數個馬達，耦接於該訓練單元；以及一控制單元，電性連接於該訓練單元以及該些馬達，該控制單元計算該訓練單元的一端點的一位置且根據各該馬達的轉矩計算對應各該馬達的一轉矩區間；以及一驅動單元，電性連接於該訓練單元、該些馬達以及該控制單元，該驅動單元感測各該馬達的轉矩並傳遞一資料至該控制單元，其中該資料包括複數次該訓練單元移動時各該馬達的轉矩，且該控制單元根據該資料計算對應各該馬達的該轉矩區間；其中，當該些馬達的至少其中之一的轉矩超出對應的該轉矩區間，且該訓練單元的該端點未移動至一預定位置時，該控制單元藉由該驅動單元控制各該馬達輸出一第一轉矩至該訓練單元；其中，當該些馬達的至少其中之一的轉矩超出對應的該轉矩區間，且該訓練單元的該端點移動至該預定位置時，該控制單元藉由該驅動單元控制各該馬達輸出一第二轉矩至該訓練單元，使該訓練單元的該端點遠離該預定位置。
2. 如請求項1所述的上肢訓練系統，其中該轉矩區間的一上界及一下界由一轉矩平均值、一權重以及各該馬達的一轉矩標準差定義，該轉矩平均值為該複數次該訓練單元移動時各該馬達的轉矩的平均值，且該轉矩標準 差為該複數次該訓練單元移動時各該馬達的轉矩的標準差。
3. 如請求項1所述的上肢訓練系統，更定義一虛擬壁面，該虛擬壁面位於該使用者的一頭部與該訓練單元的該端點之間，該預定位置位於該虛擬壁面上或該虛擬壁面相對於該使用者的內側，且該訓練單元的該端點遠離該預定位置並移動至該虛擬壁面的外側。
4. 如請求項3所述的上肢訓練系統，其中該虛擬壁面包括一弧面或相互垂直的兩平面。
5. 如請求項3所述的上肢訓練系統，其中該第二轉矩由一增益比例以及一原始轉矩定義；其中，當該訓練單元的該端點位於該虛擬壁面相對於該使用者的內側，且該訓練單元的該端點與該虛擬壁面的一距離大於該訓練單元的該端點與該虛擬壁面的一前次計算距離時，該增益比例由一調整前增益比例、該距離、一距離權重、該訓練單元的該端點相對於該虛擬壁面的一速度以及一速度權重定義；其中，當該訓練單元的該端點位於該虛擬壁面相對於該使用者的內側，且該訓練單元的該端點與該虛擬壁面的該距離小於等於該訓練單元的該端點與該虛擬壁面的該前次計算距離時，該增益比例為該調整前增益比例減少一定值。
6. 一種控制方法，適用於一上肢訓練系統，且該上肢訓練系統適用於一使用者的一上肢，該上肢訓練系統包括一本體以及一控制單元，該本體 包括一訓練單元以及複數個馬達，其中該訓練單元、該些馬達以及該控制單元彼此電性連接，該控制方法包括：執行一教學步驟，包括將該上肢連接於該訓練單元，引導該訓練單元移動並記錄一移動軌跡；以及執行一重現步驟，包括藉由該訓練單元帶動該上肢移動，取得對應各該馬達的一轉矩區間，並執行一防護機制，該防護機制包括：該控制單元判斷各該馬達的轉矩是否超出對應各該馬達的該轉矩區間；該控制單元計算該訓練單元的一端點的一位置，並判斷該訓練單元的該端點是否移動至一預定位置；以及該控制單元控制各該馬達輸出一第一轉矩或一第二轉矩至該訓練單元。
7. 如請求項6所述的控制方法，其中該上肢訓練系統更包括一驅動單元，該驅動單元電性連接於該訓練單元、該些馬達以及該控制單元，且該重現步驟更包括：該驅動單元感測各該馬達的轉矩並傳遞包括複數次該訓練單元移動時各該馬達的轉矩的一資料至該控制單元；以及該控制單元根據該資料計算對應各該馬達的該轉矩區間，並藉由該驅動單元驅動各該馬達輸出該第一轉矩或該第二轉矩至該訓練單元。
8. 如請求項6所述的控制方法，其中該防護機制更包括：當該控制單元判斷該些馬達的至少其中之一的轉矩超出對應各該馬達的該轉矩區間後且該訓練單元的該端點未移動至該預定位置時，該控制單 元控制各該馬達輸出該第一轉矩至該訓練單元；以及當該控制單元判斷該些馬達的至少其中之一的轉矩超出對應各該馬達的該轉矩區間後且該訓練單元的該端點移動至該預定位置時，該控制單元控制各該馬達輸出該第二轉矩至該訓練單元，使該訓練單元的該端點遠離該預定位置。
9. 如請求項6所述的控制方法，其中該防護機制更包括定義位於該使用者的一頭部與該訓練單元的該端點之間的一虛擬壁面，該預定位置位於該虛擬壁面上或該虛擬壁面相對於該使用者的內側，當該控制單元控制各該馬達輸出該第二轉矩至該訓練單元時，該訓練單元的該端點移動至該虛擬壁面的外側。

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