穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架的制作方法

本发明涉及一种外骨骼机器人机构，更特别地说，是指一种适用于穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架。

背景技术：

脑卒中、脊髓损伤、脑外伤等中枢神经系统疾病往往造成肢体运动功能障碍，患者部分或者完全丧失日常生活所必需的运动能力。经康复医学实验反复验证，高度可塑的中枢神经组织虽然不能再生，但通过集中性、重复性的任务导向运动训练能重建相关的神经系统功能回路，同时增强肌力，使患者重获自主运动能力。常规康复训练高度依赖理疗师，也即理疗师的专业知识与经验、技能水平、以及患者能否坚持长期规律的康复训练对康复效果起着至关重要的作用。显然，这样的康复训练对于理疗师来说在体力和时间上的付出非常大，这种康复待遇和费用也是一般患者不可能享受和承受的。

上肢外骨骼康复机器人穿戴于人的上肢而构成人机一体化系统，两者进行密切力交互作用。其不仅要满足人的上肢运动康复训练的辅助要求，也要保证控制稳定性系统安全，国内外研究者对上肢外骨骼康复机器人的控制策略研究有多种分类标准，如：1)外骨骼机器人运动学/动力学控制，即如何控制外骨骼的运动与动力输出，实现外骨骼的物理辅助作用以带动患肢进行运动康复训练；2)外骨骼机器人基于肢体生理状态的一体化控制，即通过分析肢生物信号，实现外骨骼控制与上肢需求的协同控制。由于外骨骼一般基于“串联开链机器人”结构设计，因此外骨骼的运动学/动力学控制也大多基于常规机器人模型的pid、力位混合控制和阻抗控制等传统方法并根据具体系统做部分改进。此外，基于外骨骼康复训练的人机交互层面较多地引入了虚拟现实技术，提高穿戴者运动训练的融入度并方便进行任务规划。

物理治疗模式下，应用基于位置的阻抗控制律输出上肢关节需要的辅助力矩，即设计理想阻抗控制模型将关节速度转化成其需求的驱动力矩，同时外骨骼结构体并行解算包括重力在内的前馈补偿力矩，提高阻抗控制器的控制精度和响应速度。

目前，康复训练型外骨骼最重要任务是帮助运动功能障碍患者实现集中性、重复性运动训练，更多地关注于患者实时需求的辅助力水平，在某种程度上对患者运动预测的需求不高。

技术实现要素：

为了解决现有穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人中，基于刚性连杆结构的外骨骼难以实现人机关节对准，以及不能配合康复训练任务来满足穿戴者的运动需求的技术问题，本发明设计了一种适用于穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架。本发明设计的仿人臂骨架能够实现康复者的上肢的抬臂、摆臂、转臂以及肘关节的内屈外伸的运动。

本发明设计的一种穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架，其包括有肘关节组件(1)、上臂组件(2)、前臂组件(3)和六条绳子(10a～10f)；肘关节组件(1)由肘部上连杆(1a)、肘部下连杆(1b)、肘关节结构体(1c)、关节轴(1d)、深沟球轴承(1e)和肘部端盖(1f)组成；上臂组件(2)包括有上臂环(2a)、上骨架(2b)、三组跟随夹板组(21、22、23)、三个t形件(2c、2d、2e)、六个绳紧固件(2f、2g、2h、2i、2j、2k)；前臂组件(3)包括有下臂环(3a)、下骨架(3b)、三组跟随夹板组(31、32、33)、三个t形件(3c、3d、3e)、二个绳紧固件(3f、3g)。

肘部上连杆(1a)的上端与上臂组件(2)的ba夹板(22a)的下端固定，肘部上连杆(1a)的下端与肘关节结构体(1c)的凸块(1c1)固定；肘部下连杆(1b)的上端与肘关节结构体(1c)的肘部端盖(1f)的固定，肘部下连杆(1b)的下端与前臂组件(3)的bb夹板(32a)的上端固定。

上臂组件(2)的上臂环(2a)与上骨架(2b)之间安装有三个t形件(2c、2d、2e)，所述t形件与上臂环(2a)上的凸耳通过螺钉能够调节上臂环(2a)与上骨架(2b)之间的径向距离。跟随夹板组(21、22、23)与人体上肢接触，将跟随夹板组(21、22、23)与上骨架(2b)的安装采用沿轴向的移动连接，减少了跟随夹板组中的夹板与皮肤之间的摩擦，且夹板上也安装增大摩擦力的硅胶套。同理，前臂组件(3)的下臂环(3a)与下骨架(3b)之间安装有三个t形件(3c、3d、3e)，所述t形件与下臂环(3a)上的凸耳通过螺钉能够调节下臂环(3a)与下骨架(3b)之间的径向距离。跟随夹板组(31、32、33)与人体上肢接触，将跟随夹板组(31、32、33)与下骨架(3b)的安装采用沿轴向的移动连接，减少了跟随夹板组中的夹板与皮肤之间的摩擦，且夹板上也安装增大摩擦力的硅胶套。

六条绳子(10a～10f)的输出绳端连接在直流电机输出轴的线轮上，六条绳子(10a～10f)的轴承绳端固定在自润滑的轴承上。在电机驱动下，绳子带动上臂组件(2)、肘关节组件(1)和前臂组件(3)协作运动，进而对穿戴者(康复者、患者)进行被动的康复训练。

本发明设计的一种仿人臂骨架，所述仿人臂骨架是适合穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的，仿人臂骨架的优点在于：

①肘关节组件设计成被动自适应的柔性结构，更加符合人体关节的生物学机理，在肘关节运动过程中出现轴偏的现象时，通过肘关节组件来补偿肘关节的轴偏现象，所以采用柔性肘关节可以有效地解决外骨骼结构体与人体肘关节的对准问题。

②采用绳驱动远程驱动的方式，实现了驱动器远离关节的自由安装，提高了结构设计的灵活性。使得外骨骼本体达到轻量化，穿戴者摆脱了常规外骨骼机器人造成的负重感和胁迫感。

③对于绳与绳紧固件的配合、以及在臂环上的可调节性安装，能够使仿人臂骨架适合不同康复人群、不同康复阶段。

④选用三个固定夹板组成并联调整机构，通过调整并联调整机构，可以有效的适合不同穿戴者手臂的尺寸。固定夹板与康复者的皮肤之间安装硅胶壳，达到保护皮肤与缓冲。

附图说明

图1是本发明设计的仿人臂骨架的结构图。图1a是本发明设计的仿人臂骨架与人体上肢穿戴的示意图。图1b是套接在夹板上的硅胶套结构图。图1c是套接在夹板上的另一硅胶套结构图。图1d是本发明设计的仿人臂骨架与人体上肢穿戴的另一视角示意图。图1e是本发明设计的仿人臂骨架的使用状态图。图2a是本发明上臂组件的结构图片。图2b是本发明上臂组件的另一视角结构图片。图2c是本发明上臂组件中上臂环的结构图。图2d是本发明上臂组件中上骨架的结构图。图2e是本发明上臂组件中ba-t形件的结构图。图2f是本发明上臂组件中bb-t形件的结构图。图2g是本发明上臂组件中bc-t形件的结构图。图2h是本发明上臂组件中ba绳紧固件的结构图。图2i是本发明上臂组件中bb绳紧固件的结构图。图2j是本发明上臂组件中bc绳紧固件的结构图。图2k是本发明上臂组件中bd绳紧固件的结构图。图2l是本发明上臂组件中be绳紧固件的结构图。图2m是本发明上臂组件中bf绳紧固件的结构图。图2n是本发明上臂组件中ba跟随夹板组的结构图。图2o是本发明上臂组件中ba跟随夹板组的另一视角结构图。图2p是本发明上臂组件中bb跟随夹板组的结构图。图2q是本发明上臂组件中bb跟随夹板组的另一视角结构图。图2r是本发明上臂组件中bc跟随夹板组的结构图。图2s是本发明上臂组件中bc跟随夹板组的另一视角结构图。图3a是本发明前臂组件的结构图。图3b是本发明前臂组件中下臂环的结构图。图3c是本发明前臂组件中下骨架的结构图。图3d是本发明前臂组件中ca-t形件的结构图。图3e是本发明前臂组件中cb-t形件的结构图。图3f是本发明前臂组件中cc-t形件的结构图。图3g是本发明前臂组件中ca绳紧固件的结构图。图3h是本发明前臂组件中cb绳紧固件的结构图。图3i是本发明前臂组件中ca跟随夹板组的结构图。图3j是本发明前臂组件中cb跟随夹板组的结构图。图3k是本发明前臂组件中cc跟随夹板组的结构图。图4a是本发明肘关节组件的结构图。图4b是本发明肘关节组件的分解图。图4c是本发明肘关节组件中肘关节结构体的一面结构图。图4d是本发明肘关节组件中肘关节结构体的另一面结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人与患者进行物理层面的人机运动/动力交互，同时由于运动功能障碍患肢丧失正常的运动能力，患者的自我保护能力较差，因此本发明设计了一种应用于现有穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架。该仿人臂骨架能够实现康复者(患者)的上肢的抬臂、摆臂、转臂以及肘关节的内屈外伸的运动，另外装配上仿人臂骨架的外骨骼康复机器人的安全性得到提高。基于上肢解剖生理学，肱骨独自构成仿人臂骨架的上臂，桡骨和尺骨共同构成前臂。

参见图1、图1a和图1d所示，本发明设计的仿人臂骨架包括有肘关节组件1、上臂组件2、前臂组件3和六条绳子(10a～10f)。所述绳子(10a～10f)由直流电机组11f驱动，直流电机组11f属于穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的运动控制子系统的一部分。直流电机组11f依据所述运动控制子系统的人机运动/动力交互指令来控制仿人臂骨架进行运动，从而带动康复者(患者)的上肢实现抬臂、摆臂、转臂以及肘关节的内屈外伸的运动。在本发明中，六条绳子(10a～10f)为钢丝细绳，钢丝细绳缠绕在线轮上，线轮安装在电机输出轴上。参见图1e所示的使用状态图，为了实现仿人臂骨架与穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的安装，a支撑杆10g与b支撑杆10h的一端固定在机箱11g上，a支撑杆10g与b支撑杆10h的另一端固定在u形导轨11e上。所述u形导轨11e上安装有绳紧固件(11a、11b、11c和11d)。

肘关节组件1

参见图1、图1a、图4a和图4b所示，肘关节组件1由肘部上连杆1a、肘部下连杆1b、肘关节结构体1c、关节轴1d、深沟球轴承1e和肘部端盖1f组成。在本发明中，肘部上连杆1a、肘部下连杆1b和肘关节结构体1c设计成平板结构，能够阻止穿戴者受控穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人指导的摆幅过大，造成的运动不适应、不协调，采用簧片设计的柔性肘关节进行关节复位。

肘部上连杆1a的下端设有用于aa螺钉1g穿过的aa通孔1a2，肘部上连杆1a的上端设有用于ad螺钉1j穿过的aa限位槽1a1。所述aa螺钉1g顺次穿过肘关节结构体1c的凸块1c1的ad通孔1c2、肘部上连杆1a的aa通孔1a2后，螺纹套接上螺母实现肘部上连杆1a的下端与肘关节结构体1c的凸块1c1的固定。所述ad螺钉1j顺次穿过ba夹板22a下端的通孔、肘部上连杆1a的aa限位槽1a1后，套接上螺母实现肘部上连杆1a的上端与ba夹板22a的下端固定安装。ad螺钉1j在肘部上连杆1a上端的aa限位槽1a1中滑动固定，起到调节肘部上连杆1a与ba夹板22a的固定长度，通过调节固定长度来调试穿戴者(康复者、患者)上肢的上臂与前臂的长度，同时使肘关节结构体1c的使用位置符合人体的肘关节位置。

肘部下连杆1b的上端设有用于ac螺钉1i穿过ab通孔1b2，以及用于放置深沟球轴承1e的ac通孔1b3，深沟球轴承1e套接在关节轴1d上。所述ac螺钉1i顺次穿过肘部端盖1f的ae通孔1f1、肘部下连杆1b的ab通孔1b2后，螺纹套接上螺母实现肘部下连杆1b的上端与肘部端盖1f的固定安装。肘部下连杆1b的下端设有用于ae螺钉1k穿过的ab限位槽1b1，所述ae螺钉1k顺次穿过bb夹板32a上端的通孔、肘部下连杆1b的ab限位槽1b1后，套接上螺母实现肘部下连杆1b的下端与bb夹板32a的上端固定安装。ae螺钉1k上套接有限位空心圆柱1l，通过限位空心圆柱1l来调节前臂与上臂的高度。ae螺钉1k在肘部下连杆1b下端的ab限位槽1b1中滑动固定，起到调节肘部下连杆1b与bb夹板32a的固定长度，通过调节固定长度来调试穿戴者(康复者、患者)上肢的前臂与手的长度，同时使前臂组件3的使用位置符合人体前臂的长度。

如图4b、图4c和图4d所示，肘关节结构体1c为线切割加工得到的一体柔性驱动结构体，其上设有共圆的四组簧片(a组簧片1m、b组簧片1n、c组簧片1p、d组簧片1q)。肘关节结构体1c的中部设有用于固定关节轴1d一端的凹腔1c4。肘关节结构体1c的一端设有凸块1c1，凸块1c1上设有用于aa螺钉1g穿过的ad通孔1c2。肘关节结构体1c的另一端设有外圆盘1c3和内圆环1c5，外圆盘1c3与内圆环1c5之间是a组簧片1m、b组簧片1n、c组簧片1p和d组簧片1q。

上臂组件2

参见图1、图2a和图2b所示，上臂组件2包括有上臂环2a、上骨架2b、三组跟随夹板组(21、22、23)、三个t形件(2c、2d、2e)、六个绳紧固件(2f、2g、2h、2i、2j、2k)。其中，每组跟随夹板组(如图2n～图2s)由夹板、滑块、摆动件构成。每组绳紧固件(如图2h～图2m)由l形件和压板构成。绳紧固件用于固定绳子的一端。绳紧固件(2f、2g、2h、2i、2j、2k)在上臂环2a上选好安装位置后，通过螺钉与螺母的配合达到固定。绳紧固件选好位置固定在上臂环2a后，是不会沿上臂环2a滑动的。

三组跟随夹板组(21、22、23)

ba跟随夹板组21与bc跟随夹板组23的结构相同。bb跟随夹板组22与ba跟随夹板组21或者bc跟随夹板组23结构的不同在于bb夹板22a比ba夹板21a或者bc夹板23a要长。bb夹板22a的下端与肘关节组件1的肘部上连杆1a的上端固定。应用本发明骨架进行康复训练时，与皮肤接触的ba夹板21a、bb夹板22a和bc夹板23a应当安装上硅胶套，所述硅胶套的结构如图1c或者图1d所示。

如图2a、图2n、图2o所示，ba跟随夹板组21包括有ba夹板21a、ba滑块21b和ba摆动件21c。ba夹板21a的上端设有ba十字槽21a2，所述ba十字槽21a2用于放置ba轴连接件21b1；ba夹板21a的下端设有ba螺纹孔21a1，ba螺纹孔21a1用于安装bb轴连接件21c1的ba螺纹圆柱21c11。ba滑块21b由ba轴连接件21b1、ba螺纹杆21b2、ba螺母21b3和bb螺母21b4构成；ba轴连接件21b1上设有用于连接ba螺纹杆21b2一端的bb螺纹孔21b11；ba螺纹杆21b2的另一端穿过ba螺母21b3、上骨架2b上的通孔后连接bb螺母21b4。ba摆动件21c由bb轴连接件21c1、ba中间块21c5、bb螺纹杆21c2、bc螺母21c3和bd螺母21c4构成；bb轴连接件21c1的一端是ba螺纹圆柱21c11，bb轴连接件21c1的另一端有ba凸耳21c12和bb凸耳21c13，且ba凸耳21c12与bb凸耳21c13之间通过ba轴螺钉21c6安装有ba中间块21c5；ba中间块21c5上设有ba通孔21c51和bc螺纹孔21c52，且ba通孔21c51与bc螺纹孔21c52垂直设置；所述ba通孔21c51用于ba轴螺钉21c6穿过；所述bc螺纹孔21c52用于安装bb螺纹杆21c2的一端，bb螺纹杆21c2的另一端穿过bc螺母21c3、上骨架2b上的通孔后连接bd螺母21c4。

如图2a、图2p、图2q所示，bb跟随夹板组22包括有bb夹板22a、bb滑块22b和bb摆动件22c。bb夹板22a的上端设有bb十字槽22a2，所述bb十字槽22a2用于放置bc轴连接件22b1；bb夹板22a的下端设有bd螺纹孔22a1，bd螺纹孔22a1用于安装bd轴连接件22c1的bb螺纹圆柱22c11。bb滑块22b由bc轴连接件22b1、bc螺纹杆22b2、be螺母22b3和bf螺母22b4构成；bc轴连接件22b1上设有用于连接bc螺纹杆22b2一端的be螺纹孔22b11；bc螺纹杆22b2的另一端穿过be螺母22b3、上骨架2b上的通孔后连接bf螺母22b4。bb摆动件22c由bd轴连接件22c1、bb中间块22c5、bd螺纹杆22c2、bg螺母22c3和bh螺母22c4构成；bd轴连接件22c1的一端是bb螺纹圆柱22c11，bd轴连接件22c1的另一端有bc凸耳22c12和bd凸耳22c13，且bc凸耳22c12与bd凸耳22c13之间通过bb轴螺钉22c6安装有bb中间块22c5；bb中间块22c5上设有bb通孔22c51和bf螺纹孔22c52，且bb通孔22c51与bf螺纹孔22c52垂直设置；所述bb通孔22c51用于bb轴螺钉22c6穿过；所述bf螺纹孔22c52用于安装bd螺纹杆22c2的一端，bd螺纹杆22c2的另一端穿过bg螺母22c3、上骨架2b上的通孔后连接bh螺母22c4。

如图2a、图2r、图2s所示，bc跟随夹板组23包括有bc夹板23a、bc滑块23b和bc摆动件23c。bc夹板23a的上端设有bc十字槽23a2，所述bc十字槽23a2用于放置be轴连接件23b1；bc夹板23a的下端设有bg螺纹孔23a1，bg螺纹孔23a1用于安装bf轴连接件23c1的bc螺纹圆柱23c11。bc滑块23b由be轴连接件23b1、be螺纹杆23b2、bi螺母23b3和bj螺母23b4构成；be轴连接件23b1上设有用于连接be螺纹杆23b2一端的bh螺纹孔23b11；be螺纹杆23b2的另一端穿过bi螺母23b3、上骨架2b上的通孔后连接bj螺母23b4。bc摆动件23c由bf轴连接件23c1、bc中间块23c5、bf螺纹杆23c2、bk螺母23c3和bl螺母23c4构成；bf轴连接件23c1的一端是bc螺纹圆柱23c11，bf轴连接件23c1的另一端有be凸耳23c12和bf凸耳23c13，且be凸耳23c12与bf凸耳23c13之间通过bc轴螺钉23c6安装有bc中间块23c5；bc中间块23c5上设有bc通孔23c51和bi螺纹孔23c52，且bc通孔23c51与bi螺纹孔23c52垂直设置；所述bc通孔23c51用于bc轴螺钉23c6穿过；所述bi螺纹孔23c52用于安装bf螺纹杆23c2的一端，bf螺纹杆23c2的另一端穿过bk螺母23c3、上骨架2b上的通孔后连接bl螺母23c4。

上臂环2a

参见图2c所示，上臂环2a为u形结构体。上臂环2a的环体上设有滑槽(2a4、2a5、2a6)，通过所述滑槽将上臂环环体分为内侧的上固定环2a0和外侧的上导轨环(2a9-1、2a9-2、2a9-3)，绳紧固件通过螺钉与螺母的配合安装在上导轨环，且绳紧固件相对上导轨环是不滑动的。上臂环2a的内侧(即上固定环2a0的内侧)设有用于与t形件连接的凸台(2a1、2a2、2a3)，通过凸台与t形件的连接，实现t形件的一端固定在上臂环2a上，t形件的另一端固定在上骨架2b上。上臂环2a的内侧设有ba凸台2a1、bb凸台2a2和bc凸台2a3。ba凸台2a1置于ba-t形件2c的ba中间槽内，且通过螺钉与螺母的配合实现ba-t形件2c的一端固定在ba凸台2a1上。bb凸台2a2置于bb-t形件2d的bb中间槽内，且通过螺钉与螺母的配合实现ba-t形件2d的一端固定在bb凸台2a2上。bc凸台2a3置于bc-t形件2e的bc中间槽内，且通过螺钉与螺母的配合实现ba-t形件2e的一端固定在bc凸台2a3上。上臂环2a的环体上设有用于放置螺钉穿过的ba滑槽2a4、bb滑槽2a5、bc滑槽2a6；ba滑槽2a4的一端与bb滑槽2a5的一端有ba隔板2a7，所述ba隔板2a7用于限制ba绳紧固件2f和bb绳紧固件2g在上导轨环2a9上的滑动位置；bb滑槽2a5的另一端与bc滑槽2a6的一端有bb隔板2a8，所述bb隔板2a8用于限制be绳紧固件2j和bf绳紧固件2k在上导轨环2a9上的滑动位置；位于ba滑槽2a4外侧的ba上导轨环2a9-1用于ba绳紧固件2f滑动；位于bb滑槽2a5外侧的bb上导轨环2a9-2用于bb绳紧固件2g、bc绳紧固件2h、bd绳紧固件2i和be绳紧固件2j滑动；位于bc滑槽2a6外侧的bc上导轨环2a9-3用于bf绳紧固件2k滑动。在本发明中，滑槽(2a4、2a5、2a6)将上臂环2a分为内侧的上固定环2a0和外侧的上导轨环(2a9-1、2a9-2、2a9-3)是为了方便绳紧固件选好位置后的固定安装，通过螺钉在滑槽(2a4、2a5、2a6)中的滑动找到合适的绳紧固件的固定位置。

上骨架2b

参见图2a、图2d所示，上骨架2b上设有ba肋条2b1、bb肋条2b2、bc肋条2b3；ba肋条2b1的外面板上固定有ba-t形件2c，ba肋条2b1的内面板上固定有ba跟随夹板组21；bb肋条2b2的外面板上固定有bb-t形件2d，bb肋条2b2的内面板上固定有bb跟随夹板组22；bc肋条2b3的外面板上固定有bc-t形件2e，bc肋条2b3的内面板上固定有bc跟随夹板组23。在本发明中，为了减轻上骨架2b的自重量，在上骨架2b上设有减重孔。

三个t形件(2c、2d、2e)

在本发明中，ba-t形件2c、bb-t形件2d和bc-t形件2e的结构是相同的。t形件一方面用于支撑起上臂环2a，另一方面起到限定上骨架2b与上臂环2a之间的距离(即径向距离)。如图2e所示，ba-t形件2c上设有ba竖板2c1、bb竖板2c2和ba横板2c3，ba竖板2c1与bb竖板2c2之间是ba-u形槽2c4；所述ba-u形槽2c4中用于放置上臂环2a的ba凸台2a1，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述ba横板2c3的两端设有用于螺钉穿过的通孔。如图2f所示，bb-t形件2d上设有bc竖板2d1、bd竖板2d2和bb横板2d3，bc竖板2d1与bd竖板2d2之间是bb-u形槽2d4；所述bb-u形槽2d4中用于放置上臂环2a的bb凸台2a2，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述bb横板2d3的两端设有用于螺钉穿过的通孔。如图2g所示，bc-t形件2e上设有be竖板2c1、bf竖板2c2和bc横板2c3，be竖板2e1与bf竖板2e2之间是bc-u形槽2e4；所述bc-u形槽2e4中用于放置上臂环2a的bc凸台2a3，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述bc横板2e3的两端设有用于螺钉穿过的通孔。

六个绳紧固件(2f、2g、2h、2i、2j、2k)

在本发明中，绳子的一端连接在直流电机输出轴的线轮上，此端称为输出绳端，绳子的另一端连接在绳紧固件的自润滑轴承上的端称为轴承绳端。

六个绳紧固件的结构是相同的。如图2h所示，ba绳紧固件2f由ba-l形件2f1、ba压板2f2和ba自润滑轴承2f3构成。ba自润滑轴承2f3用于连接第一绳子10a的轴承绳端。ba-l形件2f1上设有用于放置ba自润滑轴承2f3的ba轴通孔2f11。ba-l形件2f1与ba压板2f2通过螺钉与螺母配合固定在ba上导轨环2a9-1上。如图1、图1a、图1d所示，第一绳子10a的输出绳端与直流电机的输出轴连接，第一绳子10a的轴承绳端经aa绳紧固件11a的自润滑轴承后连接在ba绳紧固件2f的ba自润滑轴承2f3上。如图2i所示，bb绳紧固件2g由bb-l形件2g1、bb压板2g2和bb自润滑轴承2g3构成。bb自润滑轴承2g3用于连接第五绳子10e的轴承绳端。bb-l形件2g1上设有用于放置bb自润滑轴承2g3的bb轴通孔2g11。bb-l形件2g1与bb压板2g2通过螺钉与螺母配合固定在bb上导轨环2a9-2上。如图1、图1a所示，第五绳子10e的输出绳端与直流电机的输出轴连接，第五绳子10e的轴承绳端经bb绳紧固件2g的bb自润滑轴承2g3后连接在ca绳紧固件3f的ca自润滑轴承3f3上。如图2j所示，bc绳紧固件2h由bc-l形件2h1、bc压板2h2和bc自润滑轴承2h3构成。bc自润滑轴承2h3用于连接第二绳子10b的轴承绳端。bc-l形件2h1上设有用于放置bc自润滑轴承2h3的bc轴通孔2h11。bc-l形件2h1与bc压板2h2通过螺钉与螺母配合固定在bb上导轨环2a9-2上。如图1、图1a、图1d所示，第二绳子10b的输出绳端与直流电机的输出轴连接，第二绳子10b的轴承绳端经ab绳紧固件11b的自润滑轴承后连接在bc绳紧固件2h的bc自润滑轴承2h3上。如图2k所示，bd绳紧固件2i由bd-l形件2i1、bd压板2i2和bd自润滑轴承2i3构成。bd自润滑轴承2i3用于连接第三绳子10d的轴承绳端。bd-l形件2i1上设有用于放置bd自润滑轴承2i3的bd轴通孔2i11。bd-l形件2i1与bd压板2i2通过螺钉与螺母配合固定在bb上导轨环2a9-2上。如图1、图1a、图1d所示，第三绳子10c的输出绳端与直流电机的输出轴连接，第三绳子10d的轴承绳端经ac绳紧固件11c的自润滑轴承后连接在bd绳紧固件2i的bd自润滑轴承2i3上。如图2l所示，be绳紧固件2j由be-l形件2j1、be压板2j2和be自润滑轴承2j3构成。be自润滑轴承2j3用于连接第四绳子10e的轴承绳端。be-l形件2j1上设有用于放置bj自润滑轴承2f3的be轴通孔2j11。be-l形件2j1与be压板2j2通过螺钉与螺母配合固定在bb上导轨环2a9-2上。如图1、图1d所示，第四绳子10d的输出绳端与直流电机的输出轴连接，第四绳子10d的轴承绳端经ad绳紧固件11d的自润滑轴承后连接在在be绳紧固件2j的be自润滑轴承2j3上。如图2m所示，bf绳紧固件2k由bf-l形件2k1、bf压板2k2和bf自润滑轴承2k3构成。bf自润滑轴承2k3用于连接第六绳子10f的轴承绳端。bf-l形件2k1上设有用于放置bf自润滑轴承2k3的bf轴通孔2k11。bf-l形件2k1与bf压板2k2通过螺钉与螺母配合固定在bc上导轨环2a9-3上。如图1、图1d所示，第六绳子10f的输出绳端与直流电机的输出轴连接，第六绳子10f的轴承绳端经bf绳紧固件2k的bf自润滑轴承2k3后连接在bb绳紧固件3g的cb自润滑轴承3g3上。

前臂组件3

参见图1和图3a所示，前臂组件3包括有下臂环3a、下骨架3b、三组跟随夹板组(31、32、33)、三个t形件(3c、3d、3e)、二个绳紧固件(3f、3g)。其中，每组跟随夹板组(图3i、图3j、图3k)由夹板、滑块、摆动件构成。每组绳紧固件由l形件和压板构成。绳紧固件(3f、3g)在下臂环3a上选好安装位置后，通过螺钉与螺母的配合达到固定。在本发明中，六条绳子通过螺钉分别固定在各自的绳紧固件上，绳子在电机的驱动下，实现绳子的收拢或者放开达到通过绳子同时拉动上臂组件2和前臂组件3运动，从而使人体的上肢被动完成康复训练。

三组跟随夹板组(31、32、33)

ca跟随夹板组31与cc跟随夹板组33的结构相同。cb跟随夹板组32与ca跟随夹板组31或者cc跟随夹板组33结构的不同在于cb夹板32a比ca夹板31a或者cc夹板33a要长。cb夹板32a的上端与肘关节组件1的肘部下连杆1b的下端固定。应用本发明骨架进行康复训练时，与皮肤接触的ca夹板31a、cb夹板32a和cc夹板33a应当安装上硅胶套，所述硅胶套的结构如图1c或者图1d所示。

如图3a、图3i所示，ca跟随夹板组31包括有ca夹板31a、ca滑块31b和ca摆动件31c。ca夹板31a的上端设有ca十字槽31a2，所述ca十字槽31a2用于放置ca轴连接件31b1；ca夹板31a的下端设有ca螺纹孔31a1，ca螺纹孔31a1用于安装cb轴连接件31c1的ca螺纹圆柱31c11。ca滑块31b由ca轴连接件31b1、ca螺纹杆31b2、ca螺母31b3和cb螺母31b4构成；ca轴连接件31b1上设有用于连接ca螺纹杆31b2一端的cb螺纹孔31b11；ca螺纹杆31b2的另一端穿过ca螺母31b3、上骨架2b上的通孔后连接cb螺母31b4。ca摆动件31c由cb轴连接件31c1、ca中间块31c5、cb螺纹杆31c2、cc螺母31c3和cd螺母31c4构成；cb轴连接件31c1的一端是ca螺纹圆柱31c11，cb轴连接件31c1的另一端有ca凸耳31c12和cb凸耳31c13，且ca凸耳31c12与cb凸耳31c13之间通过ca轴螺钉31c6安装有ca中间块31c5；ca中间块31c5上设有ca通孔31c51和cc螺纹孔31c52，且ca通孔31c51与cc螺纹孔31c52垂直设置；所述ca通孔31c51用于ca轴螺钉31c6穿过；所述cc螺纹孔31c52用于安装cb螺纹杆31c2的一端，cb螺纹杆31c2的另一端穿过cc螺母31c3、上骨架2b上的通孔后连接cd螺母31c4。

如图3a、图3j所示，cb跟随夹板组32包括有cb夹板32a、cb滑块32b和cb摆动件32c。cb夹板32a的上端设有cb十字槽32a2，所述cb十字槽32a2用于放置cc轴连接件32b1；cb夹板32a的下端设有cd螺纹孔32a1，cd螺纹孔32a1用于安装cd轴连接件32c1的cb螺纹圆柱32c11。cb滑块32b由cc轴连接件32b1、cc螺纹杆32b2、ce螺母32b3和cf螺母32b4构成；cc轴连接件32b1上设有用于连接cc螺纹杆32b2一端的ce螺纹孔32b11；cc螺纹杆32b2的另一端穿过ce螺母32b3、上骨架2b上的通孔后连接cf螺母32b4。cb摆动件32c由cd轴连接件32c1、cb中间块32c5、cd螺纹杆32c2、cg螺母32c3和ch螺母32c4构成；cd轴连接件32c1的一端是cb螺纹圆柱32c11，cd轴连接件32c1的另一端有cc凸耳32c12和cd凸耳32c13，且cc凸耳32c12与cd凸耳32c13之间通过cb轴螺钉32c6安装有cb中间块32c5；cb中间块32c5上设有cb通孔32c51和cf螺纹孔32c52，且cb通孔32c51与cf螺纹孔32c52垂直设置；所述cb通孔32c51用于cb轴螺钉32c6穿过；所述cf螺纹孔32c52用于安装cd螺纹杆32c2的一端，cd螺纹杆32c2的另一端穿过cg螺母32c3、上骨架2b上的通孔后连接ch螺母32c4。

如图3a、图3k所示，cc跟随夹板组33包括有cc夹板33a、cc滑块33b和cc摆动件33c。cc夹板33a的上端设有cc十字槽33a2，所述cc十字槽33a2用于放置ce轴连接件33b1；cc夹板33a的下端设有cg螺纹孔33a1，cg螺纹孔33a1用于安装cf轴连接件33c1的cc螺纹圆柱33c11。cc滑块33b由ce轴连接件33b1、ce螺纹杆33b2、ci螺母33b3和cj螺母33b4构成；ce轴连接件33b1上设有用于连接ce螺纹杆33b2一端的ch螺纹孔33b11；ce螺纹杆33b2的另一端穿过ci螺母33b3、上骨架2b上的通孔后连接cj螺母33b4。cc摆动件33c由cf轴连接件33c1、cc中间块33c5、cf螺纹杆33c2、ck螺母33c3和cl螺母33c4构成；cf轴连接件33c1的一端是cc螺纹圆柱33c11，cf轴连接件33c1的另一端有ce凸耳33c12和cf凸耳33c13，且ce凸耳33c12与cf凸耳33c13之间通过cc轴螺钉33c6安装有cc中间块33c5；cc中间块33c5上设有cc通孔33c51和ci螺纹孔33c52，且cc通孔33c51与ci螺纹孔33c52垂直设置；所述cc通孔33c51用于cc轴螺钉33c6穿过；所述ci螺纹孔33c52用于安装cf螺纹杆33c2的一端，cf螺纹杆33c2的另一端穿过ck螺母33c3、上骨架2b上的通孔后连接cl螺母33c4。

下臂环3a

参见图3a、图3b所示，下臂环3a为u形结构体。下臂环3a的环体上设有滑槽(3a4、3a5、3a6)，通过所述滑槽将上臂环环体分为内侧的上固定环3a0和外侧的上导轨环(3a9-1、3a9-2、3a9-3)，绳紧固件通过螺钉与螺母的配合安装在上导轨环，且绳紧固件相对上导轨环是不滑动的。上臂环3a的内侧(即上固定环3a0的内侧)设有用于与t形件连接的凸台(3a1、3a2、3a3)，通过凸台与t形件的连接，实现t形件的一端固定在上臂环3a上，t形件的另一端固定在上骨架3b上。上臂环3a的内侧设有ca凸台3a1、cb凸台3a2和cc凸台3a3。ca凸台3a1置于ca-t形件3c的ca中间槽内，且通过螺钉与螺母的配合实现ca-t形件3c的一端固定在ca凸台3a1上。cb凸台3a2置于cb-t形件3d的cb中间槽内，且通过螺钉与螺母的配合实现ca-t形件3d的一端固定在cb凸台3a2上。cc凸台3a3置于cc-t形件3e的cc中间槽内，且通过螺钉与螺母的配合实现ca-t形件3e的一端固定在cc凸台3a3上。上臂环3a的环体上设有用于放置螺钉穿过的ca滑槽3a4、cb滑槽3a5、cc滑槽3a6；ca滑槽3a4的一端与cb滑槽3a5的一端有ca隔板3a7，所述ca隔板3a7用于限制ca绳紧固件3f和cb绳紧固件3g在上导轨环3a9上的滑动位置；cb滑槽3a5的另一端与cc滑槽3a6的一端有cb隔板3a8，所述cb隔板3a8用于限制ce绳紧固件3j和cf绳紧固件3k在上导轨环3a9上的滑动位置；位于ca滑槽3a4外侧的ca上导轨环3a9-1用于ca绳紧固件3f滑动；位于cb滑槽3a5外侧的cb上导轨环3a9-2用于cb绳紧固件3g、cc绳紧固件3h、cd绳紧固件3i和ce绳紧固件3j滑动；位于cc滑槽3a6外侧的cc上导轨环3a9-3用于cf绳紧固件3k滑动。在本发明中，滑槽(3a4、3a5、3a6)将下臂环3a分为内侧的下固定环3a0和外侧的下导轨环(3a9-1、3a9-2、3a9-3)是为了方便绳紧固件选好位置后的固定安装，通过螺钉在滑槽(3a4、3a5、3a6)中的滑动找到合适的绳紧固件的固定位置。

下骨架3b

参见图3a、图3c所示，下骨架2b上设有ca肋条3b1、cb肋条3b2、cc肋条3b3；ca肋条3b1的外面板上固定有ca-t形件3c，ca肋条3b1的内面板上固定有ca跟随夹板组31；cb肋条3b2的外面板上固定有cb-t形件3d，cb肋条3b2的内面板上固定有cb跟随夹板组32；cc肋条3b3的外面板上固定有cc-t形件3e，cc肋条3b3的内面板上固定有cc跟随夹板组33。在本发明中，为了减轻下骨架3b的自重量，在下骨架3b上设有减重孔。

三个t形件(3c、3d、3e)

在本发明中，ca-t形件3c、cb-t形件3d和cc-t形件3e的结构是相同的。t形件一方面用于支撑起上臂环3a，另一方面起到限定上骨架3b与上臂环3a之间的距离(即径向距离)。如图3d所示，ca-t形件3c上设有ca竖板3c1、cb竖板3c2和ca横板3c3，ca竖板3c1与cb竖板3c2之间是ca-u形槽3c4；所述ca-u形槽3c4中用于放置上臂环3a的ca凸台3a1，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述ca横板3c3的两端设有用于螺钉穿过的通孔。如图3e所示，cb-t形件3d上设有cc竖板3d1、cd竖板3d2和cb横板3d3，cc竖板3d1与cd竖板3d2之间是cb-u形槽3d4；所述cb-u形槽3d4中用于放置上臂环3a的cb凸台3a2，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述cb横板3d3的两端设有用于螺钉穿过的通孔。如图3f所示，cc-t形件3e上设有ce竖板3c1、cf竖板3c2和cc横板3c3，ce竖板3e1与cf竖板3e2之间是cc-u形槽3e4；所述cc-u形槽3e4中用于放置上臂环3a的cc凸台3a3，且通过螺钉与螺母的配合实现固定；所述cc横板3e3的两端设有用于螺钉穿过的通孔。

二个绳紧固件(3f、3g)

二个绳紧固件的结构是相同的。如图3g所示，ca绳紧固件3f由ca-l形件3f1、ca压板3f2和ca自润滑轴承3f3构成。ca自润滑轴承3f3用于连接第五绳子10e的轴承绳端。ca-l形件3f1上设有用于放置ca自润滑轴承3f3的ca轴通孔3f11。ca-l形件3f1与ca压板3f2通过螺钉与螺母配合固定在ca上导轨环3a9-1上。如图1、图1a所示，第五绳子10e的输出绳端与直流电机的输出轴连接，第五绳子10e的轴承绳端经bb绳紧固件2g的bb自润滑轴承2g3后连接在ca绳紧固件3f的ca自润滑轴承3f3上。如图3h所示，cb绳紧固件3g由cb-l形件3g1、cb压板3g2和cb自润滑轴承3g3构成。cb自润滑轴承3g3用于连接第六绳子10f的轴承绳端。cb-l形件3g1上设有用于放置cb自润滑轴承3g3的cb轴通孔3g11。cb-l形件3g1与cb压板3g2通过螺钉与螺母配合固定在cb上导轨环3a9-2上。如图1、图1d所示，第六绳子10f的输出绳端与直流电机的输出轴连接，第六绳子10f的轴承绳端经bf绳紧固件2k的bf自润滑轴承2k3后连接在bb绳紧固件3g的cb自润滑轴承3g3上。

运动说明：

本发明设计的一种穿戴式绳驱动上肢外骨骼康复机器人的仿人臂骨架，在直线电机的驱动下，通过绳子(10a、10b、10c和10d)的运动带动上臂组件2运动，进而带动康复者的上臂作康复运动；所述上臂的康复运动使得肩关节完成摆臂、抬臂和旋转运动。对于肘关节的运动，在直线电机的驱动下，通过绳子(10a、10b、10c、10d、10e和10f)的运动带动上臂组件2和前臂组件3同时运动，进而带动前臂做康复运动；所述前臂的康复运动使得肘关节完成伸肘和屈肘运动，肘关节的运动；在上臂组件2与前臂组件3的运动下，肘关节组件1会跟随作运动，即肘关节组件1的跟随作去实现人体肘关节的康复训练运动，为了补偿肘关节轴线的偏移，更加符合康复者上肢运动的生物学机理，采用柔性簧片的肘关节结构体设计，有效地解决外骨骼结构体与人体肘关节的对准问题。