本發明涉及一種外骨骼機器人機構，更特別地說，是指一種適用于穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人的仿人臂骨架。

背景技術：

腦卒中、脊髓損傷、腦外傷等中樞神經系統疾病往往造成肢體運動功能障礙，患者部分或者完全喪失日常生活所必需的運動能力。經康復醫學實驗反復驗證，高度可塑的中樞神經組織雖然不能再生，但通過集中性、重復性的任務導向運動訓練能重建相關的神經系統功能回路，同時增強肌力，使患者重獲自主運動能力。常規康復訓練高度依賴理療師，也即理療師的專業知識與經驗、技能水平、以及患者能否堅持長期規律的康復訓練對康復效果起著至關重要的作用。顯然，這樣的康復訓練對于理療師來說在體力和時間上的付出非常大，這種康復待遇和費用也是一般患者不可能享受和承受的。

上肢外骨骼康復機器人穿戴于人的上肢而構成人機一體化系統，兩者進行密切力交互作用。其不僅要滿足人的上肢運動康復訓練的輔助要求，也要保證控制穩定性系統安全，國內外研究者對上肢外骨骼康復機器人的控制策略研究有多種分類標準，如：1)外骨骼機器人運動學/動力學控制，即如何控制外骨骼的運動與動力輸出，實現外骨骼的物理輔助作用以帶動患肢進行運動康復訓練；2)外骨骼機器人基于肢體生理狀態的一體化控制，即通過分析肢生物信號，實現外骨骼控制與上肢需求的協同控制。由于外骨骼一般基于“串聯開鏈機器人”結構設計，因此外骨骼的運動學/動力學控制也大多基于常規機器人模型的pid、力位混合控制和阻抗控制等傳統方法并根據具體系統做部分改進。此外，基于外骨骼康復訓練的人機交互層面較多地引入了虛擬現實技術，提高穿戴者運動訓練的融入度并方便進行任務規劃。

物理治療模式下，應用基于位置的阻抗控制律輸出上肢關節需要的輔助力矩，即設計理想阻抗控制模型將關節速度轉化成其需求的驅動力矩，同時外骨骼結構體并行解算包括重力在內的前饋補償力矩，提高阻抗控制器的控制精度和響應速度。

目前，康復訓練型外骨骼最重要任務是幫助運動功能障礙患者實現集中性、重復性運動訓練，更多地關注于患者實時需求的輔助力水平，在某種程度上對患者運動預測的需求不高。

技術實現要素：

為了解決現有穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人中，基于剛性連桿結構的外骨骼難以實現人機關節對準，以及不能配合康復訓練任務來滿足穿戴者的運動需求的技術問題，本發明設計了一種適用于穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人的仿人臂骨架。本發明設計的仿人臂骨架能夠實現康復者的上肢的抬臂、擺臂、轉臂以及肘關節的內屈外伸的運動。

本發明設計的一種穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人的仿人臂骨架，其包括有肘關節組件(1)、上臂組件(2)、前臂組件(3)和六條繩子(10a～10f)；肘關節組件(1)由肘部上連桿(1a)、肘部下連桿(1b)、肘關節結構體(1c)、關節軸(1d)、深溝球軸承(1e)和肘部端蓋(1f)組成；上臂組件(2)包括有上臂環(2a)、上骨架(2b)、三組跟隨夾板組(21、22、23)、三個t形件(2c、2d、2e)、六個繩緊固件(2f、2g、2h、2i、2j、2k)；前臂組件(3)包括有下臂環(3a)、下骨架(3b)、三組跟隨夾板組(31、32、33)、三個t形件(3c、3d、3e)、二個繩緊固件(3f、3g)。

肘部上連桿(1a)的上端與上臂組件(2)的ba夾板(22a)的下端固定，肘部上連桿(1a)的下端與肘關節結構體(1c)的凸塊(1c1)固定；肘部下連桿(1b)的上端與肘關節結構體(1c)的肘部端蓋(1f)的固定，肘部下連桿(1b)的下端與前臂組件(3)的bb夾板(32a)的上端固定。

上臂組件(2)的上臂環(2a)與上骨架(2b)之間安裝有三個t形件(2c、2d、2e)，所述t形件與上臂環(2a)上的凸耳通過螺釘能夠調節上臂環(2a)與上骨架(2b)之間的徑向距離。跟隨夾板組(21、22、23)與人體上肢接觸，將跟隨夾板組(21、22、23)與上骨架(2b)的安裝采用沿軸向的移動連接，減少了跟隨夾板組中的夾板與皮膚之間的摩擦，且夾板上也安裝增大摩擦力的硅膠套。同理，前臂組件(3)的下臂環(3a)與下骨架(3b)之間安裝有三個t形件(3c、3d、3e)，所述t形件與下臂環(3a)上的凸耳通過螺釘能夠調節下臂環(3a)與下骨架(3b)之間的徑向距離。跟隨夾板組(31、32、33)與人體上肢接觸，將跟隨夾板組(31、32、33)與下骨架(3b)的安裝采用沿軸向的移動連接，減少了跟隨夾板組中的夾板與皮膚之間的摩擦，且夾板上也安裝增大摩擦力的硅膠套。

六條繩子(10a～10f)的輸出繩端連接在直流電機輸出軸的線輪上，六條繩子(10a～10f)的軸承繩端固定在自潤滑的軸承上。在電機驅動下，繩子帶動上臂組件(2)、肘關節組件(1)和前臂組件(3)協作運動，進而對穿戴者(康復者、患者)進行被動的康復訓練。

本發明設計的一種仿人臂骨架，所述仿人臂骨架是適合穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人的，仿人臂骨架的優點在于：

①肘關節組件設計成被動自適應的柔性結構，更加符合人體關節的生物學機理，在肘關節運動過程中出現軸偏的現象時，通過肘關節組件來補償肘關節的軸偏現象，所以采用柔性肘關節可以有效地解決外骨骼結構體與人體肘關節的對準問題。

②采用繩驅動遠程驅動的方式，實現了驅動器遠離關節的自由安裝，提高了結構設計的靈活性。使得外骨骼本體達到輕量化，穿戴者擺脫了常規外骨骼機器人造成的負重感和脅迫感。

③對于繩與繩緊固件的配合、以及在臂環上的可調節性安裝，能夠使仿人臂骨架適合不同康復人群、不同康復階段。

④選用三個固定夾板組成并聯調整機構，通過調整并聯調整機構，可以有效的適合不同穿戴者手臂的尺寸。固定夾板與康復者的皮膚之間安裝硅膠殼，達到保護皮膚與緩沖。

附圖說明

圖1是本發明設計的仿人臂骨架的結構圖。圖1a是本發明設計的仿人臂骨架與人體上肢穿戴的示意圖。圖1b是套接在夾板上的硅膠套結構圖。圖1c是套接在夾板上的另一硅膠套結構圖。圖1d是本發明設計的仿人臂骨架與人體上肢穿戴的另一視角示意圖。圖1e是本發明設計的仿人臂骨架的使用狀態圖。圖2a是本發明上臂組件的結構圖片。圖2b是本發明上臂組件的另一視角結構圖片。圖2c是本發明上臂組件中上臂環的結構圖。圖2d是本發明上臂組件中上骨架的結構圖。圖2e是本發明上臂組件中ba-t形件的結構圖。圖2f是本發明上臂組件中bb-t形件的結構圖。圖2g是本發明上臂組件中bc-t形件的結構圖。圖2h是本發明上臂組件中ba繩緊固件的結構圖。圖2i是本發明上臂組件中bb繩緊固件的結構圖。圖2j是本發明上臂組件中bc繩緊固件的結構圖。圖2k是本發明上臂組件中bd繩緊固件的結構圖。圖2l是本發明上臂組件中be繩緊固件的結構圖。圖2m是本發明上臂組件中bf繩緊固件的結構圖。圖2n是本發明上臂組件中ba跟隨夾板組的結構圖。圖2o是本發明上臂組件中ba跟隨夾板組的另一視角結構圖。圖2p是本發明上臂組件中bb跟隨夾板組的結構圖。圖2q是本發明上臂組件中bb跟隨夾板組的另一視角結構圖。圖2r是本發明上臂組件中bc跟隨夾板組的結構圖。圖2s是本發明上臂組件中bc跟隨夾板組的另一視角結構圖。圖3a是本發明前臂組件的結構圖。圖3b是本發明前臂組件中下臂環的結構圖。圖3c是本發明前臂組件中下骨架的結構圖。圖3d是本發明前臂組件中ca-t形件的結構圖。圖3e是本發明前臂組件中cb-t形件的結構圖。圖3f是本發明前臂組件中cc-t形件的結構圖。圖3g是本發明前臂組件中ca繩緊固件的結構圖。圖3h是本發明前臂組件中cb繩緊固件的結構圖。圖3i是本發明前臂組件中ca跟隨夾板組的結構圖。圖3j是本發明前臂組件中cb跟隨夾板組的結構圖。圖3k是本發明前臂組件中cc跟隨夾板組的結構圖。圖4a是本發明肘關節組件的結構圖。圖4b是本發明肘關節組件的分解圖。圖4c是本發明肘關節組件中肘關節結構體的一面結構圖。圖4d是本發明肘關節組件中肘關節結構體的另一面結構圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人與患者進行物理層面的人機運動/動力交互，同時由于運動功能障礙患肢喪失正常的運動能力，患者的自我保護能力較差，因此本發明設計了一種應用于現有穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人的仿人臂骨架。該仿人臂骨架能夠實現康復者(患者)的上肢的抬臂、擺臂、轉臂以及肘關節的內屈外伸的運動，另外裝配上仿人臂骨架的外骨骼康復機器人的安全性得到提高。基于上肢解剖生理學，肱骨獨自構成仿人臂骨架的上臂，橈骨和尺骨共同構成前臂。

參見圖1、圖1a和圖1d所示，本發明設計的仿人臂骨架包括有肘關節組件1、上臂組件2、前臂組件3和六條繩子(10a～10f)。所述繩子(10a～10f)由直流電機組11f驅動，直流電機組11f屬于穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人的運動控制子系統的一部分。直流電機組11f依據所述運動控制子系統的人機運動/動力交互指令來控制仿人臂骨架進行運動，從而帶動康復者(患者)的上肢實現抬臂、擺臂、轉臂以及肘關節的內屈外伸的運動。在本發明中，六條繩子(10a～10f)為鋼絲細繩，鋼絲細繩纏繞在線輪上，線輪安裝在電機輸出軸上。參見圖1e所示的使用狀態圖，為了實現仿人臂骨架與穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人的安裝，a支撐桿10g與b支撐桿10h的一端固定在機箱11g上，a支撐桿10g與b支撐桿10h的另一端固定在u形導軌11e上。所述u形導軌11e上安裝有繩緊固件(11a、11b、11c和11d)。

肘關節組件1

參見圖1、圖1a、圖4a和圖4b所示，肘關節組件1由肘部上連桿1a、肘部下連桿1b、肘關節結構體1c、關節軸1d、深溝球軸承1e和肘部端蓋1f組成。在本發明中，肘部上連桿1a、肘部下連桿1b和肘關節結構體1c設計成平板結構，能夠阻止穿戴者受控穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人指導的擺幅過大，造成的運動不適應、不協調，采用簧片設計的柔性肘關節進行關節復位。

肘部上連桿1a的下端設有用于aa螺釘1g穿過的aa通孔1a2，肘部上連桿1a的上端設有用于ad螺釘1j穿過的aa限位槽1a1。所述aa螺釘1g順次穿過肘關節結構體1c的凸塊1c1的ad通孔1c2、肘部上連桿1a的aa通孔1a2后，螺紋套接上螺母實現肘部上連桿1a的下端與肘關節結構體1c的凸塊1c1的固定。所述ad螺釘1j順次穿過ba夾板22a下端的通孔、肘部上連桿1a的aa限位槽1a1后，套接上螺母實現肘部上連桿1a的上端與ba夾板22a的下端固定安裝。ad螺釘1j在肘部上連桿1a上端的aa限位槽1a1中滑動固定，起到調節肘部上連桿1a與ba夾板22a的固定長度，通過調節固定長度來調試穿戴者(康復者、患者)上肢的上臂與前臂的長度，同時使肘關節結構體1c的使用位置符合人體的肘關節位置。

肘部下連桿1b的上端設有用于ac螺釘1i穿過ab通孔1b2，以及用于放置深溝球軸承1e的ac通孔1b3，深溝球軸承1e套接在關節軸1d上。所述ac螺釘1i順次穿過肘部端蓋1f的ae通孔1f1、肘部下連桿1b的ab通孔1b2后，螺紋套接上螺母實現肘部下連桿1b的上端與肘部端蓋1f的固定安裝。肘部下連桿1b的下端設有用于ae螺釘1k穿過的ab限位槽1b1，所述ae螺釘1k順次穿過bb夾板32a上端的通孔、肘部下連桿1b的ab限位槽1b1后，套接上螺母實現肘部下連桿1b的下端與bb夾板32a的上端固定安裝。ae螺釘1k上套接有限位空心圓柱1l，通過限位空心圓柱1l來調節前臂與上臂的高度。ae螺釘1k在肘部下連桿1b下端的ab限位槽1b1中滑動固定，起到調節肘部下連桿1b與bb夾板32a的固定長度，通過調節固定長度來調試穿戴者(康復者、患者)上肢的前臂與手的長度，同時使前臂組件3的使用位置符合人體前臂的長度。

如圖4b、圖4c和圖4d所示，肘關節結構體1c為線切割加工得到的一體柔性驅動結構體，其上設有共圓的四組簧片(a組簧片1m、b組簧片1n、c組簧片1p、d組簧片1q)。肘關節結構體1c的中部設有用于固定關節軸1d一端的凹腔1c4。肘關節結構體1c的一端設有凸塊1c1，凸塊1c1上設有用于aa螺釘1g穿過的ad通孔1c2。肘關節結構體1c的另一端設有外圓盤1c3和內圓環1c5，外圓盤1c3與內圓環1c5之間是a組簧片1m、b組簧片1n、c組簧片1p和d組簧片1q。

上臂組件2

參見圖1、圖2a和圖2b所示，上臂組件2包括有上臂環2a、上骨架2b、三組跟隨夾板組(21、22、23)、三個t形件(2c、2d、2e)、六個繩緊固件(2f、2g、2h、2i、2j、2k)。其中，每組跟隨夾板組(如圖2n～圖2s)由夾板、滑塊、擺動件構成。每組繩緊固件(如圖2h～圖2m)由l形件和壓板構成。繩緊固件用于固定繩子的一端。繩緊固件(2f、2g、2h、2i、2j、2k)在上臂環2a上選好安裝位置后，通過螺釘與螺母的配合達到固定。繩緊固件選好位置固定在上臂環2a后，是不會沿上臂環2a滑動的。

三組跟隨夾板組(21、22、23)

ba跟隨夾板組21與bc跟隨夾板組23的結構相同。bb跟隨夾板組22與ba跟隨夾板組21或者bc跟隨夾板組23結構的不同在于bb夾板22a比ba夾板21a或者bc夾板23a要長。bb夾板22a的下端與肘關節組件1的肘部上連桿1a的上端固定。應用本發明骨架進行康復訓練時，與皮膚接觸的ba夾板21a、bb夾板22a和bc夾板23a應當安裝上硅膠套，所述硅膠套的結構如圖1c或者圖1d所示。

如圖2a、圖2n、圖2o所示，ba跟隨夾板組21包括有ba夾板21a、ba滑塊21b和ba擺動件21c。ba夾板21a的上端設有ba十字槽21a2，所述ba十字槽21a2用于放置ba軸連接件21b1；ba夾板21a的下端設有ba螺紋孔21a1，ba螺紋孔21a1用于安裝bb軸連接件21c1的ba螺紋圓柱21c11。ba滑塊21b由ba軸連接件21b1、ba螺紋桿21b2、ba螺母21b3和bb螺母21b4構成；ba軸連接件21b1上設有用于連接ba螺紋桿21b2一端的bb螺紋孔21b11；ba螺紋桿21b2的另一端穿過ba螺母21b3、上骨架2b上的通孔后連接bb螺母21b4。ba擺動件21c由bb軸連接件21c1、ba中間塊21c5、bb螺紋桿21c2、bc螺母21c3和bd螺母21c4構成；bb軸連接件21c1的一端是ba螺紋圓柱21c11，bb軸連接件21c1的另一端有ba凸耳21c12和bb凸耳21c13，且ba凸耳21c12與bb凸耳21c13之間通過ba軸螺釘21c6安裝有ba中間塊21c5；ba中間塊21c5上設有ba通孔21c51和bc螺紋孔21c52，且ba通孔21c51與bc螺紋孔21c52垂直設置；所述ba通孔21c51用于ba軸螺釘21c6穿過；所述bc螺紋孔21c52用于安裝bb螺紋桿21c2的一端，bb螺紋桿21c2的另一端穿過bc螺母21c3、上骨架2b上的通孔后連接bd螺母21c4。

如圖2a、圖2p、圖2q所示，bb跟隨夾板組22包括有bb夾板22a、bb滑塊22b和bb擺動件22c。bb夾板22a的上端設有bb十字槽22a2，所述bb十字槽22a2用于放置bc軸連接件22b1；bb夾板22a的下端設有bd螺紋孔22a1，bd螺紋孔22a1用于安裝bd軸連接件22c1的bb螺紋圓柱22c11。bb滑塊22b由bc軸連接件22b1、bc螺紋桿22b2、be螺母22b3和bf螺母22b4構成；bc軸連接件22b1上設有用于連接bc螺紋桿22b2一端的be螺紋孔22b11；bc螺紋桿22b2的另一端穿過be螺母22b3、上骨架2b上的通孔后連接bf螺母22b4。bb擺動件22c由bd軸連接件22c1、bb中間塊22c5、bd螺紋桿22c2、bg螺母22c3和bh螺母22c4構成；bd軸連接件22c1的一端是bb螺紋圓柱22c11，bd軸連接件22c1的另一端有bc凸耳22c12和bd凸耳22c13，且bc凸耳22c12與bd凸耳22c13之間通過bb軸螺釘22c6安裝有bb中間塊22c5；bb中間塊22c5上設有bb通孔22c51和bf螺紋孔22c52，且bb通孔22c51與bf螺紋孔22c52垂直設置；所述bb通孔22c51用于bb軸螺釘22c6穿過；所述bf螺紋孔22c52用于安裝bd螺紋桿22c2的一端，bd螺紋桿22c2的另一端穿過bg螺母22c3、上骨架2b上的通孔后連接bh螺母22c4。

如圖2a、圖2r、圖2s所示，bc跟隨夾板組23包括有bc夾板23a、bc滑塊23b和bc擺動件23c。bc夾板23a的上端設有bc十字槽23a2，所述bc十字槽23a2用于放置be軸連接件23b1；bc夾板23a的下端設有bg螺紋孔23a1，bg螺紋孔23a1用于安裝bf軸連接件23c1的bc螺紋圓柱23c11。bc滑塊23b由be軸連接件23b1、be螺紋桿23b2、bi螺母23b3和bj螺母23b4構成；be軸連接件23b1上設有用于連接be螺紋桿23b2一端的bh螺紋孔23b11；be螺紋桿23b2的另一端穿過bi螺母23b3、上骨架2b上的通孔后連接bj螺母23b4。bc擺動件23c由bf軸連接件23c1、bc中間塊23c5、bf螺紋桿23c2、bk螺母23c3和bl螺母23c4構成；bf軸連接件23c1的一端是bc螺紋圓柱23c11，bf軸連接件23c1的另一端有be凸耳23c12和bf凸耳23c13，且be凸耳23c12與bf凸耳23c13之間通過bc軸螺釘23c6安裝有bc中間塊23c5；bc中間塊23c5上設有bc通孔23c51和bi螺紋孔23c52，且bc通孔23c51與bi螺紋孔23c52垂直設置；所述bc通孔23c51用于bc軸螺釘23c6穿過；所述bi螺紋孔23c52用于安裝bf螺紋桿23c2的一端，bf螺紋桿23c2的另一端穿過bk螺母23c3、上骨架2b上的通孔后連接bl螺母23c4。

上臂環2a

參見圖2c所示，上臂環2a為u形結構體。上臂環2a的環體上設有滑槽(2a4、2a5、2a6)，通過所述滑槽將上臂環環體分為內側的上固定環2a0和外側的上導軌環(2a9-1、2a9-2、2a9-3)，繩緊固件通過螺釘與螺母的配合安裝在上導軌環，且繩緊固件相對上導軌環是不滑動的。上臂環2a的內側(即上固定環2a0的內側)設有用于與t形件連接的凸臺(2a1、2a2、2a3)，通過凸臺與t形件的連接，實現t形件的一端固定在上臂環2a上，t形件的另一端固定在上骨架2b上。上臂環2a的內側設有ba凸臺2a1、bb凸臺2a2和bc凸臺2a3。ba凸臺2a1置于ba-t形件2c的ba中間槽內，且通過螺釘與螺母的配合實現ba-t形件2c的一端固定在ba凸臺2a1上。bb凸臺2a2置于bb-t形件2d的bb中間槽內，且通過螺釘與螺母的配合實現ba-t形件2d的一端固定在bb凸臺2a2上。bc凸臺2a3置于bc-t形件2e的bc中間槽內，且通過螺釘與螺母的配合實現ba-t形件2e的一端固定在bc凸臺2a3上。上臂環2a的環體上設有用于放置螺釘穿過的ba滑槽2a4、bb滑槽2a5、bc滑槽2a6；ba滑槽2a4的一端與bb滑槽2a5的一端有ba隔板2a7，所述ba隔板2a7用于限制ba繩緊固件2f和bb繩緊固件2g在上導軌環2a9上的滑動位置；bb滑槽2a5的另一端與bc滑槽2a6的一端有bb隔板2a8，所述bb隔板2a8用于限制be繩緊固件2j和bf繩緊固件2k在上導軌環2a9上的滑動位置；位于ba滑槽2a4外側的ba上導軌環2a9-1用于ba繩緊固件2f滑動；位于bb滑槽2a5外側的bb上導軌環2a9-2用于bb繩緊固件2g、bc繩緊固件2h、bd繩緊固件2i和be繩緊固件2j滑動；位于bc滑槽2a6外側的bc上導軌環2a9-3用于bf繩緊固件2k滑動。在本發明中，滑槽(2a4、2a5、2a6)將上臂環2a分為內側的上固定環2a0和外側的上導軌環(2a9-1、2a9-2、2a9-3)是為了方便繩緊固件選好位置后的固定安裝，通過螺釘在滑槽(2a4、2a5、2a6)中的滑動找到合適的繩緊固件的固定位置。

上骨架2b

參見圖2a、圖2d所示，上骨架2b上設有ba肋條2b1、bb肋條2b2、bc肋條2b3；ba肋條2b1的外面板上固定有ba-t形件2c，ba肋條2b1的內面板上固定有ba跟隨夾板組21；bb肋條2b2的外面板上固定有bb-t形件2d，bb肋條2b2的內面板上固定有bb跟隨夾板組22；bc肋條2b3的外面板上固定有bc-t形件2e，bc肋條2b3的內面板上固定有bc跟隨夾板組23。在本發明中，為了減輕上骨架2b的自重量，在上骨架2b上設有減重孔。

三個t形件(2c、2d、2e)

在本發明中，ba-t形件2c、bb-t形件2d和bc-t形件2e的結構是相同的。t形件一方面用于支撐起上臂環2a，另一方面起到限定上骨架2b與上臂環2a之間的距離(即徑向距離)。如圖2e所示，ba-t形件2c上設有ba豎板2c1、bb豎板2c2和ba橫板2c3，ba豎板2c1與bb豎板2c2之間是ba-u形槽2c4；所述ba-u形槽2c4中用于放置上臂環2a的ba凸臺2a1，且通過螺釘與螺母的配合實現固定；所述ba橫板2c3的兩端設有用于螺釘穿過的通孔。如圖2f所示，bb-t形件2d上設有bc豎板2d1、bd豎板2d2和bb橫板2d3，bc豎板2d1與bd豎板2d2之間是bb-u形槽2d4；所述bb-u形槽2d4中用于放置上臂環2a的bb凸臺2a2，且通過螺釘與螺母的配合實現固定；所述bb橫板2d3的兩端設有用于螺釘穿過的通孔。如圖2g所示，bc-t形件2e上設有be豎板2c1、bf豎板2c2和bc橫板2c3，be豎板2e1與bf豎板2e2之間是bc-u形槽2e4；所述bc-u形槽2e4中用于放置上臂環2a的bc凸臺2a3，且通過螺釘與螺母的配合實現固定；所述bc橫板2e3的兩端設有用于螺釘穿過的通孔。

六個繩緊固件(2f、2g、2h、2i、2j、2k)

在本發明中，繩子的一端連接在直流電機輸出軸的線輪上，此端稱為輸出繩端，繩子的另一端連接在繩緊固件的自潤滑軸承上的端稱為軸承繩端。

六個繩緊固件的結構是相同的。如圖2h所示，ba繩緊固件2f由ba-l形件2f1、ba壓板2f2和ba自潤滑軸承2f3構成。ba自潤滑軸承2f3用于連接第一繩子10a的軸承繩端。ba-l形件2f1上設有用于放置ba自潤滑軸承2f3的ba軸通孔2f11。ba-l形件2f1與ba壓板2f2通過螺釘與螺母配合固定在ba上導軌環2a9-1上。如圖1、圖1a、圖1d所示，第一繩子10a的輸出繩端與直流電機的輸出軸連接，第一繩子10a的軸承繩端經aa繩緊固件11a的自潤滑軸承后連接在ba繩緊固件2f的ba自潤滑軸承2f3上。如圖2i所示，bb繩緊固件2g由bb-l形件2g1、bb壓板2g2和bb自潤滑軸承2g3構成。bb自潤滑軸承2g3用于連接第五繩子10e的軸承繩端。bb-l形件2g1上設有用于放置bb自潤滑軸承2g3的bb軸通孔2g11。bb-l形件2g1與bb壓板2g2通過螺釘與螺母配合固定在bb上導軌環2a9-2上。如圖1、圖1a所示，第五繩子10e的輸出繩端與直流電機的輸出軸連接，第五繩子10e的軸承繩端經bb繩緊固件2g的bb自潤滑軸承2g3后連接在ca繩緊固件3f的ca自潤滑軸承3f3上。如圖2j所示，bc繩緊固件2h由bc-l形件2h1、bc壓板2h2和bc自潤滑軸承2h3構成。bc自潤滑軸承2h3用于連接第二繩子10b的軸承繩端。bc-l形件2h1上設有用于放置bc自潤滑軸承2h3的bc軸通孔2h11。bc-l形件2h1與bc壓板2h2通過螺釘與螺母配合固定在bb上導軌環2a9-2上。如圖1、圖1a、圖1d所示，第二繩子10b的輸出繩端與直流電機的輸出軸連接，第二繩子10b的軸承繩端經ab繩緊固件11b的自潤滑軸承后連接在bc繩緊固件2h的bc自潤滑軸承2h3上。如圖2k所示，bd繩緊固件2i由bd-l形件2i1、bd壓板2i2和bd自潤滑軸承2i3構成。bd自潤滑軸承2i3用于連接第三繩子10d的軸承繩端。bd-l形件2i1上設有用于放置bd自潤滑軸承2i3的bd軸通孔2i11。bd-l形件2i1與bd壓板2i2通過螺釘與螺母配合固定在bb上導軌環2a9-2上。如圖1、圖1a、圖1d所示，第三繩子10c的輸出繩端與直流電機的輸出軸連接，第三繩子10d的軸承繩端經ac繩緊固件11c的自潤滑軸承后連接在bd繩緊固件2i的bd自潤滑軸承2i3上。如圖2l所示，be繩緊固件2j由be-l形件2j1、be壓板2j2和be自潤滑軸承2j3構成。be自潤滑軸承2j3用于連接第四繩子10e的軸承繩端。be-l形件2j1上設有用于放置bj自潤滑軸承2f3的be軸通孔2j11。be-l形件2j1與be壓板2j2通過螺釘與螺母配合固定在bb上導軌環2a9-2上。如圖1、圖1d所示，第四繩子10d的輸出繩端與直流電機的輸出軸連接，第四繩子10d的軸承繩端經ad繩緊固件11d的自潤滑軸承后連接在在be繩緊固件2j的be自潤滑軸承2j3上。如圖2m所示，bf繩緊固件2k由bf-l形件2k1、bf壓板2k2和bf自潤滑軸承2k3構成。bf自潤滑軸承2k3用于連接第六繩子10f的軸承繩端。bf-l形件2k1上設有用于放置bf自潤滑軸承2k3的bf軸通孔2k11。bf-l形件2k1與bf壓板2k2通過螺釘與螺母配合固定在bc上導軌環2a9-3上。如圖1、圖1d所示，第六繩子10f的輸出繩端與直流電機的輸出軸連接，第六繩子10f的軸承繩端經bf繩緊固件2k的bf自潤滑軸承2k3后連接在bb繩緊固件3g的cb自潤滑軸承3g3上。

前臂組件3

參見圖1和圖3a所示，前臂組件3包括有下臂環3a、下骨架3b、三組跟隨夾板組(31、32、33)、三個t形件(3c、3d、3e)、二個繩緊固件(3f、3g)。其中，每組跟隨夾板組(圖3i、圖3j、圖3k)由夾板、滑塊、擺動件構成。每組繩緊固件由l形件和壓板構成。繩緊固件(3f、3g)在下臂環3a上選好安裝位置后，通過螺釘與螺母的配合達到固定。在本發明中，六條繩子通過螺釘分別固定在各自的繩緊固件上，繩子在電機的驅動下，實現繩子的收攏或者放開達到通過繩子同時拉動上臂組件2和前臂組件3運動，從而使人體的上肢被動完成康復訓練。

三組跟隨夾板組(31、32、33)

ca跟隨夾板組31與cc跟隨夾板組33的結構相同。cb跟隨夾板組32與ca跟隨夾板組31或者cc跟隨夾板組33結構的不同在于cb夾板32a比ca夾板31a或者cc夾板33a要長。cb夾板32a的上端與肘關節組件1的肘部下連桿1b的下端固定。應用本發明骨架進行康復訓練時，與皮膚接觸的ca夾板31a、cb夾板32a和cc夾板33a應當安裝上硅膠套，所述硅膠套的結構如圖1c或者圖1d所示。

如圖3a、圖3i所示，ca跟隨夾板組31包括有ca夾板31a、ca滑塊31b和ca擺動件31c。ca夾板31a的上端設有ca十字槽31a2，所述ca十字槽31a2用于放置ca軸連接件31b1；ca夾板31a的下端設有ca螺紋孔31a1，ca螺紋孔31a1用于安裝cb軸連接件31c1的ca螺紋圓柱31c11。ca滑塊31b由ca軸連接件31b1、ca螺紋桿31b2、ca螺母31b3和cb螺母31b4構成；ca軸連接件31b1上設有用于連接ca螺紋桿31b2一端的cb螺紋孔31b11；ca螺紋桿31b2的另一端穿過ca螺母31b3、上骨架2b上的通孔后連接cb螺母31b4。ca擺動件31c由cb軸連接件31c1、ca中間塊31c5、cb螺紋桿31c2、cc螺母31c3和cd螺母31c4構成；cb軸連接件31c1的一端是ca螺紋圓柱31c11，cb軸連接件31c1的另一端有ca凸耳31c12和cb凸耳31c13，且ca凸耳31c12與cb凸耳31c13之間通過ca軸螺釘31c6安裝有ca中間塊31c5；ca中間塊31c5上設有ca通孔31c51和cc螺紋孔31c52，且ca通孔31c51與cc螺紋孔31c52垂直設置；所述ca通孔31c51用于ca軸螺釘31c6穿過；所述cc螺紋孔31c52用于安裝cb螺紋桿31c2的一端，cb螺紋桿31c2的另一端穿過cc螺母31c3、上骨架2b上的通孔后連接cd螺母31c4。

如圖3a、圖3j所示，cb跟隨夾板組32包括有cb夾板32a、cb滑塊32b和cb擺動件32c。cb夾板32a的上端設有cb十字槽32a2，所述cb十字槽32a2用于放置cc軸連接件32b1；cb夾板32a的下端設有cd螺紋孔32a1，cd螺紋孔32a1用于安裝cd軸連接件32c1的cb螺紋圓柱32c11。cb滑塊32b由cc軸連接件32b1、cc螺紋桿32b2、ce螺母32b3和cf螺母32b4構成；cc軸連接件32b1上設有用于連接cc螺紋桿32b2一端的ce螺紋孔32b11；cc螺紋桿32b2的另一端穿過ce螺母32b3、上骨架2b上的通孔后連接cf螺母32b4。cb擺動件32c由cd軸連接件32c1、cb中間塊32c5、cd螺紋桿32c2、cg螺母32c3和ch螺母32c4構成；cd軸連接件32c1的一端是cb螺紋圓柱32c11，cd軸連接件32c1的另一端有cc凸耳32c12和cd凸耳32c13，且cc凸耳32c12與cd凸耳32c13之間通過cb軸螺釘32c6安裝有cb中間塊32c5；cb中間塊32c5上設有cb通孔32c51和cf螺紋孔32c52，且cb通孔32c51與cf螺紋孔32c52垂直設置；所述cb通孔32c51用于cb軸螺釘32c6穿過；所述cf螺紋孔32c52用于安裝cd螺紋桿32c2的一端，cd螺紋桿32c2的另一端穿過cg螺母32c3、上骨架2b上的通孔后連接ch螺母32c4。

如圖3a、圖3k所示，cc跟隨夾板組33包括有cc夾板33a、cc滑塊33b和cc擺動件33c。cc夾板33a的上端設有cc十字槽33a2，所述cc十字槽33a2用于放置ce軸連接件33b1；cc夾板33a的下端設有cg螺紋孔33a1，cg螺紋孔33a1用于安裝cf軸連接件33c1的cc螺紋圓柱33c11。cc滑塊33b由ce軸連接件33b1、ce螺紋桿33b2、ci螺母33b3和cj螺母33b4構成；ce軸連接件33b1上設有用于連接ce螺紋桿33b2一端的ch螺紋孔33b11；ce螺紋桿33b2的另一端穿過ci螺母33b3、上骨架2b上的通孔后連接cj螺母33b4。cc擺動件33c由cf軸連接件33c1、cc中間塊33c5、cf螺紋桿33c2、ck螺母33c3和cl螺母33c4構成；cf軸連接件33c1的一端是cc螺紋圓柱33c11，cf軸連接件33c1的另一端有ce凸耳33c12和cf凸耳33c13，且ce凸耳33c12與cf凸耳33c13之間通過cc軸螺釘33c6安裝有cc中間塊33c5；cc中間塊33c5上設有cc通孔33c51和ci螺紋孔33c52，且cc通孔33c51與ci螺紋孔33c52垂直設置；所述cc通孔33c51用于cc軸螺釘33c6穿過；所述ci螺紋孔33c52用于安裝cf螺紋桿33c2的一端，cf螺紋桿33c2的另一端穿過ck螺母33c3、上骨架2b上的通孔后連接cl螺母33c4。

下臂環3a

參見圖3a、圖3b所示，下臂環3a為u形結構體。下臂環3a的環體上設有滑槽(3a4、3a5、3a6)，通過所述滑槽將上臂環環體分為內側的上固定環3a0和外側的上導軌環(3a9-1、3a9-2、3a9-3)，繩緊固件通過螺釘與螺母的配合安裝在上導軌環，且繩緊固件相對上導軌環是不滑動的。上臂環3a的內側(即上固定環3a0的內側)設有用于與t形件連接的凸臺(3a1、3a2、3a3)，通過凸臺與t形件的連接，實現t形件的一端固定在上臂環3a上，t形件的另一端固定在上骨架3b上。上臂環3a的內側設有ca凸臺3a1、cb凸臺3a2和cc凸臺3a3。ca凸臺3a1置于ca-t形件3c的ca中間槽內，且通過螺釘與螺母的配合實現ca-t形件3c的一端固定在ca凸臺3a1上。cb凸臺3a2置于cb-t形件3d的cb中間槽內，且通過螺釘與螺母的配合實現ca-t形件3d的一端固定在cb凸臺3a2上。cc凸臺3a3置于cc-t形件3e的cc中間槽內，且通過螺釘與螺母的配合實現ca-t形件3e的一端固定在cc凸臺3a3上。上臂環3a的環體上設有用于放置螺釘穿過的ca滑槽3a4、cb滑槽3a5、cc滑槽3a6；ca滑槽3a4的一端與cb滑槽3a5的一端有ca隔板3a7，所述ca隔板3a7用于限制ca繩緊固件3f和cb繩緊固件3g在上導軌環3a9上的滑動位置；cb滑槽3a5的另一端與cc滑槽3a6的一端有cb隔板3a8，所述cb隔板3a8用于限制ce繩緊固件3j和cf繩緊固件3k在上導軌環3a9上的滑動位置；位于ca滑槽3a4外側的ca上導軌環3a9-1用于ca繩緊固件3f滑動；位于cb滑槽3a5外側的cb上導軌環3a9-2用于cb繩緊固件3g、cc繩緊固件3h、cd繩緊固件3i和ce繩緊固件3j滑動；位于cc滑槽3a6外側的cc上導軌環3a9-3用于cf繩緊固件3k滑動。在本發明中，滑槽(3a4、3a5、3a6)將下臂環3a分為內側的下固定環3a0和外側的下導軌環(3a9-1、3a9-2、3a9-3)是為了方便繩緊固件選好位置后的固定安裝，通過螺釘在滑槽(3a4、3a5、3a6)中的滑動找到合適的繩緊固件的固定位置。

下骨架3b

參見圖3a、圖3c所示，下骨架2b上設有ca肋條3b1、cb肋條3b2、cc肋條3b3；ca肋條3b1的外面板上固定有ca-t形件3c，ca肋條3b1的內面板上固定有ca跟隨夾板組31；cb肋條3b2的外面板上固定有cb-t形件3d，cb肋條3b2的內面板上固定有cb跟隨夾板組32；cc肋條3b3的外面板上固定有cc-t形件3e，cc肋條3b3的內面板上固定有cc跟隨夾板組33。在本發明中，為了減輕下骨架3b的自重量，在下骨架3b上設有減重孔。

三個t形件(3c、3d、3e)

在本發明中，ca-t形件3c、cb-t形件3d和cc-t形件3e的結構是相同的。t形件一方面用于支撐起上臂環3a，另一方面起到限定上骨架3b與上臂環3a之間的距離(即徑向距離)。如圖3d所示，ca-t形件3c上設有ca豎板3c1、cb豎板3c2和ca橫板3c3，ca豎板3c1與cb豎板3c2之間是ca-u形槽3c4；所述ca-u形槽3c4中用于放置上臂環3a的ca凸臺3a1，且通過螺釘與螺母的配合實現固定；所述ca橫板3c3的兩端設有用于螺釘穿過的通孔。如圖3e所示，cb-t形件3d上設有cc豎板3d1、cd豎板3d2和cb橫板3d3，cc豎板3d1與cd豎板3d2之間是cb-u形槽3d4；所述cb-u形槽3d4中用于放置上臂環3a的cb凸臺3a2，且通過螺釘與螺母的配合實現固定；所述cb橫板3d3的兩端設有用于螺釘穿過的通孔。如圖3f所示，cc-t形件3e上設有ce豎板3c1、cf豎板3c2和cc橫板3c3，ce豎板3e1與cf豎板3e2之間是cc-u形槽3e4；所述cc-u形槽3e4中用于放置上臂環3a的cc凸臺3a3，且通過螺釘與螺母的配合實現固定；所述cc橫板3e3的兩端設有用于螺釘穿過的通孔。

二個繩緊固件(3f、3g)

二個繩緊固件的結構是相同的。如圖3g所示，ca繩緊固件3f由ca-l形件3f1、ca壓板3f2和ca自潤滑軸承3f3構成。ca自潤滑軸承3f3用于連接第五繩子10e的軸承繩端。ca-l形件3f1上設有用于放置ca自潤滑軸承3f3的ca軸通孔3f11。ca-l形件3f1與ca壓板3f2通過螺釘與螺母配合固定在ca上導軌環3a9-1上。如圖1、圖1a所示，第五繩子10e的輸出繩端與直流電機的輸出軸連接，第五繩子10e的軸承繩端經bb繩緊固件2g的bb自潤滑軸承2g3后連接在ca繩緊固件3f的ca自潤滑軸承3f3上。如圖3h所示，cb繩緊固件3g由cb-l形件3g1、cb壓板3g2和cb自潤滑軸承3g3構成。cb自潤滑軸承3g3用于連接第六繩子10f的軸承繩端。cb-l形件3g1上設有用于放置cb自潤滑軸承3g3的cb軸通孔3g11。cb-l形件3g1與cb壓板3g2通過螺釘與螺母配合固定在cb上導軌環3a9-2上。如圖1、圖1d所示，第六繩子10f的輸出繩端與直流電機的輸出軸連接，第六繩子10f的軸承繩端經bf繩緊固件2k的bf自潤滑軸承2k3后連接在bb繩緊固件3g的cb自潤滑軸承3g3上。

運動說明：

本發明設計的一種穿戴式繩驅動上肢外骨骼康復機器人的仿人臂骨架，在直線電機的驅動下，通過繩子(10a、10b、10c和10d)的運動帶動上臂組件2運動，進而帶動康復者的上臂作康復運動；所述上臂的康復運動使得肩關節完成擺臂、抬臂和旋轉運動。對于肘關節的運動，在直線電機的驅動下，通過繩子(10a、10b、10c、10d、10e和10f)的運動帶動上臂組件2和前臂組件3同時運動，進而帶動前臂做康復運動；所述前臂的康復運動使得肘關節完成伸肘和屈肘運動，肘關節的運動；在上臂組件2與前臂組件3的運動下，肘關節組件1會跟隨作運動，即肘關節組件1的跟隨作去實現人體肘關節的康復訓練運動，為了補償肘關節軸線的偏移，更加符合康復者上肢運動的生物學機理，采用柔性簧片的肘關節結構體設計，有效地解決外骨骼結構體與人體肘關節的對準問題。