一种基于分组耦合驱动的上肢康复训练装置制造方法 [0002]在科技高速发展，人民生活水平普遍提高的今天，仍然有部分群体，因为其肢体运动功能障碍等方面的问题，导致其身心备受折磨。导致人体肢体运动功能障碍的原因有很多，如工业生产事故、交通事故等意外，中风、偏瘫等疾病，以及人体衰老所带来的行动不便和行动迟缓，这些肢体运动功能障碍患者大多生活无法自理，对于患者的身心健康造成了沉重的打击，对社会发展也造成了极大的影响和负担。在这种背景下，康复装置的研制和生产便应运而生，并且成为医疗设备领域的一个重要分支。 [0003]目前，康复机器人已经广泛地应用到假肢、康复护理以及康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。上肢是人体的重要组成部分之一，与胸部和颈部相接，包括肩、臂、肘、前臂和手，由肩关节、肘关节以及腕关节控制整个上肢的协调运动，人类日常生活中的大部分需求都需要通过上肢的动作来实现，因此对上肢康复装置的研制和生产显得尤为重要。 [0004]本实用新型设计的是一类外骨骼式上肢康复训练装置，与现有的末端引导式上肢康复机器人所不同，本实用新型所涉及的康复训练装置绑缚在患肢上，通过杆系的协调运动来辅助患肢作康复训练动作，相对于末端引导式机器人，外骨骼式机器人机构比较灵活巧妙，占地空间小，顺应性较好，解决了末端引导式机器人存在的外型庞大，不能穿戴，需要专门的空间场地，不适合家庭使用等问题。 [0005]作为和人体直接接触的外骨骼式上肢康复训练装置，需要考虑人体上肢的生理结构及其运动方式的特点。一方面，人体上肢运动较为复杂，自由度较多，如何合理地驱动和控制各关节机构的运动，使运动得以协调地传递、目标动能得以实现，显得尤为重要；另一方面，在对患者进行有效训练时，要求装置的工作空间与人体肢体的自然活动空间一致，使装置对人体组织不会造成损伤；再者，要求装置能适应不同患者的患肢尺寸，其本体结构在进行康复训练时不能对患者产生干涉，因此需要加入相应的可调节以及自适应的机构。 [0006]如果涉及到肩关节、肘关节以及腕关节的运动，包括五个主动自由度和五个自适应被动自由度，其中主动自由度需要提供动力驱动，现如今绝大部分的机械臂都采用一个自由度对应分配一个驱动的控制模式，这样不仅增加了控制的复杂性，而且使机构整体较为笨重，需要的原材料较多，成本造价也较高。 实用新型内容
[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于分组耦合驱动的上肢康复训练装置，采用分组耦合驱动，仅利用两个驱动，便可实现五个自由度的运动，在降低造价、节约能源、减轻重量、增强可顺应性等方面都有极大的优势。
[0008]为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于分组耦合驱动的上肢康复训练装置，包括肩部三自由度自适应机构、第一耦合运动机构、肩部连接组件、第二耦合运动机构以及腕部二自由度自适应机构，所述第一耦合运动机构固定连接在肩部三自由度自适应机构上，所述肩部连接组件可转动连接在第一耦合运动机构上，所述第二耦合运动机构与肩部连接组件固定连接，所述腕部二自由度自适应机构与第二耦合运动机构固定连接，所述肩部三自由度自适应机构包括基板，所述基板上设置有Z轴导向轨，Z轴导向轨通过Z轴支座安装在基板上，所述Z轴导向轨上滑动连接有Z轴滑块，所述Z轴滑块上安装有第一连接座，所述第一连接座上安装有Y轴导向轨，Y轴导向轨上滑动连接有Y轴滑块，所述Y轴滑块上安装有第二连接座，所述第二连接座上安装有X轴滑块，所述X轴滑块上滑动连接有X轴导向轨，所述X轴导向轨与第一耦合运动机构固定连接。
[0009]优选地，所述第一耦合运动机构包括第一肩部组件及与该第一肩部组件可相对转动的第二肩部组件，其中，所述第一肩部组件上设置有第一圆盘组件，所述第二肩部组件上设置有第二圆盘组件，且该第一圆盘组件与第二圆盘组件通过绳索连接，所述第一圆盘组件上的可在第一方向旋转的可旋转部件的旋转可驱动所述第二肩部组件相对该第一肩部组件转动，从而对所述绳索产生作用力，进而可驱动所述第二圆盘组件上的可旋转部件在第二方向上的旋转，从而实现多自由度的耦合运动。
[0010]优选地，所述第一圆盘组件包括第二肩部圆盘、第三肩部圆盘和作为其上可旋转部件的第一肩部圆盘，第一肩部圆盘、第二肩部圆盘和第三肩部圆盘同轴套装在一肩部竖直轴上，其中所述第一肩部圆盘与第一驱动电机动力连接，可在该第一驱动电机的作用下与肩部竖直轴同步转动，所述第二肩部圆盘和第三肩部圆盘在装置的使用过程中是平行固连为一体的，与所述第二圆盘组件连接的绳索的第一端和第二端分别固定设置在该第二肩部圆盘和第三肩部圆盘上；所述第二圆盘组件包括第四肩部圆盘，所述绳索中部套在该第四肩部圆盘的外圆周面上并进而绷紧，从而使得所述第一圆盘组件与第二圆盘组件连接；所述第一肩部圆盘的转动带动所述第二肩部组件相对第一肩部组件转动，使得所述第二圆盘组件相对于所述第二肩部圆盘和第三肩部圆盘运动，从而使其中两端固定在所述第二肩部圆盘和第三肩部圆盘的绳索的其中一端张紧而另一端放松，从而产生对拉而使得所述套在所述绳索上的第四肩部圆盘绕其中心轴旋转。
[0011]优选地，所述第四肩部圆盘上固定连接有第五肩部圆盘，第五肩部圆盘上连接有第三配重组件，用于减小第一驱动电机的输出力矩。
[0012]优选地，所述肩部三自由度自适应机构上连接有第一配重组件和第二配重组件，用于平衡训练装置的重量。
[0013]优选地，第二耦合运动机构包括第三肩部组件、连接在第三肩部组件上的肘部组件和连接在肘部组件上的腕部组件，第三肩部组件包括肩部连接座，肩部连接座上通过轴承安装有肩部转轴，肩部转轴上固定安装有肩部驱动圆盘和肩部摆动架，所述肩部驱动圆盘由第二驱动电机驱动旋转，所述肘部组件安装在肩部摆动架上，肘部组件包括固定连接在肩部摆动架上的肘部连接座、固定安装在肘部连接座上的肘部转轴和通过轴承安装在肘部转轴上的肘部驱动圆盘，肩部连接座上固定安装有肩部定圆盘，肩部定圆盘与肘部驱动圆盘通过绳索a和绳索b连接，肩部驱动圆盘的转动带动肩部摆动架和肘部连接座摆动，使得绳索a松驰而绳索b张紧，绳索a和绳索b对拉从而使肘部驱动圆盘实现肘部驱动圆盘与肩部驱动圆盘转向相同的自转。
[0014]优选地，所述肘部驱动圆盘上固定安装有肘部摆动架，肘部摆动架通过轴承安装在肘部转轴上，所述腕部组件安装在肘部摆动架上，肘部连接座上固定安装有肘部定圆盘，所述腕部组件包括安装在肘部摆动架上的弧形导轨滑块，以及可相对弧形导轨滑块运动的弧形导轨和固连在其上的弧形导轨连接件及弧形导轨配件，肘部摆动架上安装有导轮组a和导轮组b，导轮组a和导轮组b均设置两个以上，导轮组a的轴线水平设置，导轮组b的轴线竖直设置，所述肘部定圆盘通过绳索c和绳索d与弧形导轨配件相连接，弧形导轨配件的中心轴线竖直设置，绳索c从一侧的导轮组a和导轮组b绕过后连接在弧形导轨配件的一端，绳索d从另一侧的导轮组a和导轮组b绕过后连接在弧形导轨配件的另一端，肘部驱动圆盘的转动带动肘部摆动架摆动，使得绳索c松驰而绳索d张紧，绳索c和绳索d对拉从而使弧形导轨配件绕其竖直中心轴线转动。
[0015]优选地，所述肘部摆动架上安装有弧形导轨滑块，所述弧形导轨滑块上安装有弧形导轨，所述弧形导轨通过弧形导轨连接件与弧形导轨配件固定连接。
[0016]优选地，所述肩部驱动圆盘上固定连接有配重圆盘，所述配重圆盘上连接有第四配重组件，用于减小第二驱动电机的输出力矩。
[0017]优选地，所述腕部二自由度自适应机构包括直线导轨组件，直线导轨组件包括固定连接在第二耦合运动机构上的直线导轨滑块，所述直线导轨滑块上滑动连接有直线导向轨，直线导向轨上固定连接有第一握把连接块，所述第一握把连接块通过销轴铰接有第二握把连接块，所述第二握把连接块上固定连接有握把，销轴的轴线垂直于直线导向轨的移动方向。
[0018]总体而言，本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，提供了一种基于分组耦合驱动的上肢康复训练装置，通过两组耦合运动，仅利用两个驱动，便实现了五个主动自由度的运动，这是现有的一对一驱动控制的机械臂结构所难以达到的；同时本实用新型装置还具有五个被动自由度，可以根据不同患者的患肢尺寸和具体使用情况，自适应地做出调整，使得该装置在使用过程中，人体与机构之间可以协调配合，不会产生干涉，人体舒适度和安全系数都得到了极大的提高，各运动柔顺传递、协调配合，使得所述基于分组耦合驱动的上肢康复训练装置可以完成多种复杂的主被动训练动作，具有很高的实用价值，在降低造价、节约能源、减轻重量、增强可顺应性等方面都有极大的优势。




[0019]图1是本实用新型的结构示意图；
[0020]图2是本实用新型中第一耦合运动机构撤去第一保护外壳后的结构示意图；
[0021]图3是本实用新型中第一耦合运动机构的第一肩部组件的结构示意图；
[0022]图4是本实用新型中第一耦合运动机构的第二肩部组件的结构示意图；
[0023]图5?图6是本实用新型中第二耦合运动机构不同视角下的结构示意图；
[0024]图7是本实用新型中第二耦合运动机构的第三肩部组件的结构示意图；
[0025]图8是本实用新型中第二耦合运动机构的肘部组件的结构示意图；
[0026]图9是本实用新型中第二耦合运动机构的腕部组件的结构示意图；
[0027]图10是图1中A处的放大图。


[0028]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]如图1所示，一种基于分组耦合驱动的上肢康复训练装置，包括肩部三自由度自适应机构600、第一耦合运动机构700、肩部连接组件800、第二耦合运动机构900以及腕部二自由度自适应机构1000，所述第一耦合运动机构700固定连接在肩部三自由度自适应机构600上，所述肩部连接组件800可转动连接在第一耦合运动机构700上，所述第二耦合运动机构900与肩部连接组件800固定连接，所述腕部二自由度自适应机构1000与第二耦合运动机构900固定连接，所述肩部三自由度自适应机构600包括基板609，所述基板609上设置有Z轴导向轨601，Z轴导向轨601通过Z轴支座安装在基板609上，所述Z轴导向轨601上滑动连接有Z轴滑块602，所述Z轴滑块602上安装有第一连接座603，所述第一连接座603上安装有Y轴导向轨604，Y轴导向轨604上滑动连接有Y轴滑块605，所述Y轴滑块605上安装有第二连接座606，所述第二连接座606上安装有X轴滑块607，所述X轴滑块607上滑动连接有X轴导向轨608，所述X轴导向轨608与第一耦合运动机构700固定连接。
[0030]文中所述的X轴方向是指左右方向，Y轴方向是指前后方向，Z轴方向是指上下方向。Z轴导向轨601的纵向平行于Z轴，Y轴导向轨604的纵向平行于Y轴，X轴导向轨608的纵向平行于X轴。
[0031]其中肩部三自由度自适应机构600和腕部二自由度自适应机构1000均属于被动自由度，可以根据不同患者的具体使用情况，自适应地做出调整，第一耦合运动机构700和第二耦合运动机构900分别由机箱中的第一电机组件和第二电机组件驱动控制，通过耦合运动，第一耦合运动机构700实现两个主动自由度的运动，第二耦合运动机构900实现三个主动自由度的运动，所述两组耦合运动可独立进行，由对应的电机组件独立控制，相互之间不干涉。
[0032]另外，第一耦合运动机构700还包括第一保护外壳701，第二耦合运动机构900还包括第二保护外壳901。
[0033]下面将就各个组件的结构和功能分别给出具体说明。
[0034]所述肩部三自由度自适应机构600包括基板603、支撑壳体607、直线滑轨支座601、直线滑轨固定连接座606以及三对直线滑轨组件，三对直线滑轨组件分别为Z轴导向轨601及Z轴滑块602、Y轴导向轨604及Y轴滑块605、X轴导向轨608及X轴滑块607。其中每对直线滑轨组件均包括两组。其中Z轴导向轨601及Z轴滑块602可实现Z轴滑块602垂直方向的沿Z轴的上下运动，Y轴导向轨604及Y轴滑块605可实现Y轴滑块605水平方向的沿Y轴的前后运动，X轴导向轨608及X轴滑块607可实现X轴导向轨608沿X轴的左右运动，又因为第一耦合运动机构700与肩部三自由度自适应机构600固联在一起，因此所述三对直线滑轨组件协调配合运动，带动所述第一耦合运动机构700完成上述三个自由度方向的运动，又因为第一耦合运动机构700、肩部连接组件800、第二耦合运动机构900和腕部二自由度自适应机构1000构成了所述上肢康复训练装置的机械臂部分，因此所述肩部三自由度自适应机构600可带动整个机械臂部分进行所述三个自由度方向的运动，自适应调整机械臂部分在空间中所处的位置和状态，从而可以适应不同患者的患肢尺寸和使用情况，增强了装置的适应能力和协调控制能力。
[0035]如图2?图4所示，第一耦合运动机构700主要包括第一肩部组件和第二肩部组件两大部分，其中由外加电机提供驱动力。电机依靠绳索类柔性机构(譬如，钢丝绳)将动力传递至第一肩部组件；通过耦合运动，动力被传递到第二肩部组件，驱动第二肩部组件运动，实现了一个电机控制两个自由度的运动。
[0036]所述第一肩部组件包括肩部连接件1、空心钢管2、空心钢管4、钢管卡块25、钢管卡块24、第一钢丝绳导套3、第二钢丝绳导套5、角度传感器6、肩上圆盘支撑座7、钢丝绳卡扣8、钢丝绳卡扣17、钢丝绳卡扣12、第一肩部圆盘9、肩部钢管接头10、肩部竖直轴11、肩部转接架13、第二肩部圆盘14、第三肩部圆盘15、肩部转接头16、肩部支架转接板18、空心钢管20、空心钢管19、钢管卡块21、钢管卡块22。
[0037]肩部连接件I用于连接该第一肩部组件与外部的肩部三自由度自适应调整机构，其固定在空心钢管2和空心钢管4的末端，空心钢管1、空心钢管4的另一端与肩部钢管接头10固定，由此将该第一肩部组件与肩部三自由度自适应调整机构连接在一起。
[0038]钢管卡块25与钢管卡块24的支撑面上均开有两个半圆形的凹槽，钢管卡块25与钢管卡块24成对相对布置，使得各半圆形凹槽分别与另一钢管卡块上对应的半圆形凹槽匹配并形成圆孔，从而可在空心钢管的分布方向上形成两个圆孔，用于两空心钢管穿过，以固定空心钢管I和空心钢管4的空间位置，保证其在工作过程中不发生变形等问题。
[0039]肩上圆盘支撑座7与肩部转接架13分别固定于肩部钢管接头10的上方和下方，肩部竖直轴11贯穿肩上圆盘支撑座7、肩部转接架13与肩部钢管接头10，并通过轴承与肩上圆盘支撑座7、肩部转接架13相联接，可实现该肩部竖直轴与肩上圆盘支撑座7和肩部转接架13的相对转动。
[0040]第一钢丝绳导套3与第二钢丝绳导套5固定于肩上圆盘支撑座7上，用于导出钢丝绳，其中钢丝绳通过钢丝绳卡扣8与第一肩部圆盘9固联，用于驱动第一肩部圆盘9转动。其中第一肩部圆盘9同轴固定于肩部竖直轴11上，可带动肩部竖直轴11同步转动。
[0041]钢丝绳31通过钢丝绳卡扣17与第二肩部圆盘14相固联，钢丝绳34通过钢丝绳卡扣12与第三肩部圆盘15相固联，第二肩部圆盘14安装在肩部转接架13上，其中第二肩部圆盘14可以绕中心轴相对肩部转接架13调整一定的角度，同时第三肩部圆盘15与第二肩部圆盘14相联接，其中第三肩部圆盘15可绕中心轴相对第二肩部圆盘14调整一定的角度，因此通过调节第二肩部圆盘14和第三肩部圆盘15，便可应对可能出现的钢丝绳变松的冋题。
[0042]肩部转接头16与肩部支架转接板18相固联，同时与肩部竖直轴11固定在一起，可随肩部竖直轴11 一起转动。空心钢管20与空心钢管19 一端与肩部转接头16固联，另一端与钢管转接头30固联，起到连接第一肩部组件与第二肩部组件的作用。
[0043]与钢管卡块24和25的结构和作用类似，钢管卡块21与钢管卡块22用于固定空心钢管20、空心钢管19的空间位置，保证其在工作过程中不发生变形等问题。
[0044]所述第二肩部组件包括导轮26、导轮27、导轮29、导轮23、支架垫板28、钢管转接头30、空心钢管35、空心钢管36、钢管卡块32、钢管卡块33、第四肩部圆盘37、第五肩部圆盘38、钢丝绳卡扣39、钢丝绳卡扣41、肩后侧圆盘支撑座40、肩后轴42、钢丝绳导套固定座43、肩部支撑板44、钢管接头45、第三钢丝绳导套46。
[0045]支架垫板28与钢管转接头30相固联，用于安置导轮26、导轮27、导轮29、导轮23，其中导轮26、导轮27分别用于第三肩部圆盘15与第二肩部圆盘14所引出的钢丝绳34和钢丝绳31的导向作用，改变钢丝绳31和钢丝绳34在水平面上的走向，导轮29、导轮23分别用于钢丝绳31与钢丝绳34的导向作用，使其对应的钢丝绳由水平走向变为竖直走向。
[0046]空心钢管35与空心钢管36竖直放置，一端固定钢管转接头30，另一端固定钢管接头45，起到连接第二肩部组件上半部分与下半部分的作用。其中钢管卡块32与钢管卡块33与钢管卡块24和25的结构和作用类似，用于固定空心钢管35、空心钢管36的空间位置，保证其在工作过程中不发生变形等问题。
[0047]钢管接头45与肩部支撑板44相固联，其中肩部支撑板44固定在肩后侧圆盘支撑座40上，肩后轴42通过轴承连接，安装在肩部支撑板44和肩后侧圆盘支撑座40上，可相对二者转动。
[0048]第四肩部圆盘37和第五肩部圆盘38相固联，同时第四肩部圆盘37与肩后轴42相固联，三者可实现同步转动。第三钢丝绳导套46用于导出通过钢丝绳卡扣39固联于第五肩部圆盘38的钢丝绳，该钢丝绳用于连接机箱中的配重部件，第三钢丝绳导套46固定于钢丝绳导套固定座43上，其中第三钢丝绳导套46与肩后侧圆盘支撑座40相固联，钢丝绳31与钢丝绳34通过钢丝绳卡扣41与第四肩部圆盘37相固联，通过欠驱动传递动力，驱动第四肩部圆盘37转动，实现运动的传递。
[0049]对于所述的第一肩部组件与第二肩部组件而言，当其均处于初始运动位置时，空心钢管2、空心钢管4与空心钢管20、空心钢管19相互之间平行，钢丝绳31、钢丝绳34处于自然状态，不发生张紧或者放松。
[0050]所述两段钢丝绳固定于第一肩部圆盘9上，通过电机驱动，钢丝绳实现对拉，驱动第一肩部圆盘9转动，第一肩部圆盘9上安装了限位螺钉，可实现机械限位，运动范围优选为0-135°，即优选可由初始位置逆时针旋转135°。
[0051]所述第二肩部圆盘14与第三肩部圆盘15相固联，同时固定在肩部转接架13上，用于实现耦合运动。
[0052]所述钢丝绳31固定在第二肩部圆盘14上，钢丝绳34固定在第三肩部圆盘15上，通过导轮26、导轮27的导向作用，钢丝绳31与钢丝绳34在水平方位上位置互换，交错而行，通过导轮23与导轮29的导向作用，钢丝绳31与钢丝绳34由水平走向变为竖直走向，最终与第四肩部圆盘37相固联，用于实现親合运动。
[0053]所述电机驱动第一肩部圆盘9逆时针转动，带动与第一肩部圆盘9相固联的肩部竖直轴11转动，同时带动与肩部竖直轴11相固联的肩部支架转接板18、肩部转接头16转动，同时带动空心钢管20、空心钢管19转动，同时带动整个第二肩部组件相对于第一肩部组件逆时针转动。由于第二肩部圆盘14与第三肩部圆盘15固定在肩部转接架13上，因此两圆盘不发生转动，使得整个第二肩部组件相对于第二肩部圆盘14和第三肩部圆盘15逆时针转动，使得固定于第二肩部圆盘14上的钢丝绳31张紧，同时固定于第三肩部圆盘15上的钢丝绳34放松，由于钢丝绳31、钢丝绳34与第四肩部圆盘37相固联，张紧的钢丝绳31和放松的钢丝绳34产生对拉效果，使得第四肩部圆盘37顺时针转动，由此实现了耦合运动，即由一个电机，同时驱动了两个肩部圆盘的转动。
[0054]所述第五肩部圆盘38上固联的钢丝绳，通过第三钢丝绳导套46导出，并与机箱中的配重联接，用来平衡机械臂的自重。
[0055]第一耦合运动机构700通过肩部连接件I与肩部三自由度自适应机构600相固联，其中，机箱中导出的钢丝绳通过第一钢丝绳导套3与第一耦合运动机构700中的第一肩部圆盘9连接，机箱中的第一电机组件通过钢丝绳带动第一驱动圆盘转动，将动力传递给所述第一耦合运动机构700，通过耦合运动，所述第一耦合运动机构700输出两个自由度的运动，即利用一个驱动实现控制了两个自由度的运动，所述两个自由度均为主动自由度，对应实现了人体肩关节的内旋外旋运动以及肩关节的外展内收运动，运动协调自如，符合人体运动生理特征的要求。
[0056]所述肩部连接组件800包括肩部连接块801、肩部连接钢管802、钢管卡块803及钢管连接块，其中肩部连接钢管802的两端分别与肩部连接块801和钢管连接块固联，钢管卡块803用于固定肩部连接钢管802的空间位置，保证其在工作过程中不发生变形等问题。肩部连接块801与第一耦合运动机构700中所引出的轴相固联，又因为所述轴通过轴承与第一耦合运动机构700活动连接，因此所述肩部连接块801随所述轴一起相对第一耦合运动机构700转动，其中二者的转动中心与第一耦合运动机构700输出的第二个主动自由度的转动中心重合，从而带动肩部连接块801随第一耦合运动机构输出的第二个主动自由度一起转动，进而带动整个肩部连接组件800转动，又因为第二耦合运动机构900与肩部连接组件800相固联，因此第二耦合运动机构900也随之转动，对应上文中所述人体肩关节的外展内收运动。
[0057]如图5?图9所示，为第二耦合运动机构900的初始状态，其包括第三肩部组件100、连接在第三肩部组件100上的肘部组件200和连接在肘部组件200上的腕部组件300，第三肩部组件100包括肩部连接座101，肩部连接座101上通过轴承安装有肩部转轴102，肩部转轴102上固定安装有肩部驱动圆盘103和肩部摆动架104，所述肩部驱动圆盘103由第二驱动电机驱动旋转，所述肘部组件200安装在肩部摆动架104上，肘部组件200包括固定连接在肩部摆动架104上的肘部连接座214、固定安装在肘部连接座214上的肘部转轴202、通过轴承安装在肘部转轴202上的肘部驱动圆盘201和固定安装在肘部驱动圆盘201上的肘部摆动架203，肩部连接座101上固定安装有肩部定圆盘105，肩部定圆盘105与肘部驱动圆盘201通过绳索a400和绳索b401连接，肩部驱动圆盘103的转动带动肩部摆动架104和肘部连接座214摆动，使得绳索a400松驰而绳索b401张紧，绳索a400和绳索b401对拉从而使绳索b401拉动肘部驱动圆盘201实现肘部驱动圆盘201与肩部驱动圆盘103转向相同的自转。
[0058]所述肘部驱动圆盘201上固定安装肘部摆动架203，肘部摆动架203通过轴承安装在肘部转轴202上，所述腕部组件300安装在肘部摆动架203上，肘部连接座214上固定安装有肘部定圆盘204，所述腕部组件300包括安装在肘部摆动架203上的弧形导轨滑块302，以及可相对弧形导轨滑块302运动的弧形导轨303和固连在其上的弧形导轨连接件304及弧形导轨配件301，肘部摆动架上安装有导轮组a500、导轮组b501，导轮组a500和导轮组b501均设置两个以上，导轮组a500的轴线水平设置，导轮组b501的轴线竖直设置，所述肘部定圆盘204通过绳索c403和绳索d404与弧形导轨配件301相连接，弧形导轨配件301的中心轴线竖直设置，绳索c403从一侧的导轮组a500和导轮组b501绕过后连接在弧形导轨配件301的一端，绳索d404从另一侧的导轮组a500和导轮组b501绕过后连接在弧形导轨配件301的另一端，肘部驱动圆盘201的转动带动肘部摆动架203摆动，使得绳索c403松驰而绳索d404张紧，绳索c403和绳索d404对拉从而使绳索d404拉动弧形导轨配件301绕其竖直中心轴线转动。
[0059]优选地，所述肘部摆动架203上安装有弧形导轨滑块302，所述弧形导轨滑块302上安装有弧形导轨303，所述弧形导轨303通过弧形导轨连接件304与弧形导轨配件301固定连接。
[0060]所述第三肩部组件100主要包括肩部驱动圆盘103、配重圆盘113、绳索导套a600、绳索导套b601、绳索导套c602、肩部连接座101、肩部转轴102、角度传感器支架118、角度传感器107、调节螺钉、肩部摆动架104、导轮组c503、导轮组d504 ;其中肩部连接座101包括肩部连接块al 16、肩部连接块b 117、肩部连接板121、调节盖板120，肩部定圆盘105包括肩部圆盘al05、肩部圆盘bl05，肩部摆动架104包括肩肘连接板108、肩部辅助板115、肩部连接架114、肩部连接板121。
[0061]肘部组件200主要包括肘部连接座214、肘部摆动架203、肘部圆盘c211、肘部圆盘d212、导轮组a500、导轮组b501，其中肘部摆动架203包括肘部连接板206、肘部支架213、肘腕连接座205，肘部驱动圆盘201包括肘部圆盘a208、肘部圆盘b207，肘部连接座214包括肘部支撑板a209和肘部支撑板b210。
[0062]腕部组件300包括弧形导轨配件301、弧形导轨滑块302、弧形导轨303、弧形导轨连接件304。
[0063]肩部驱动圆盘103通过外部两条绳索的对拉作用，被电机所驱动，由初始状态逆时针转动，本实用新型第一耦合运动机构700中的逆时针转动或摆动均是指训练装置在图5所示的视角下其上零件转动方向。肩部转轴102与肩部驱动圆盘103固联，因此肩部转轴102随肩部驱动圆盘103 —起逆时针转动，其中肩部辅助板115、肩部连接板121均与肩部转轴102固联，因此肩部摆动架104和肘部连接座214随之绕肩部转轴102轴线逆时针摆动，从而带动整个肘部组件200和腕部组件300绕肩部转轴102轴线做逆时针摆动。
[0064]在肩部驱动圆盘103转动的同时，肩部连接座101的肩部连接块all6、肩部连接块bll7是固定不动的，使得固定在其上的肩部圆盘allO和肩部圆盘bill也是固定不动的，即肩部圆盘allO和肩部圆盘bill不进行自转，其中绳索a400通过绳索卡块700固定在肩部圆盘allO和肘部圆盘a208上，绳索b401通过绳索卡块700固定在肩部圆盘bill和肘部圆盘b207上，由于肘部圆盘a208和肘部圆盘b207均随着肩部摆动架104和肘部连接座214绕着肩部转轴102做逆时针摆动，同时肩部圆盘allO、肩部圆盘bill是相对固定不动的，因此绳索a400放松，绳索b401张紧，通过绳索a400和绳索b401的对拉作用，使得绳索b401拉动肘部圆盘a208和肘部圆盘b207相对于自身轴线做逆时针自转，这样就实现了第一个耦合运动。肘部圆盘a208和肘部圆盘b207是同步转动的。
[0065]肘部连接板206与肘部圆盘a208固联，因此肘部连接板206随之绕肘部转轴202的做逆时针转动，从而带动肘部支架213以及整个腕部组件300绕逆时针转动。肘部驱动圆盘201在转动时能带动肘部摆动架203摆动，即肘部摆动架203与肘部连接座214具有相对转动。
[0066]在肘部摆动架203相对肘部连接座214转动时，绳索c403的一端通过绳索卡块700固定在肘部圆盘c211上，另一端通过绳索卡块700固定在弧形导轨配件301的一端的极限位置，绳索d404 —端通过绳索卡块700固定在肘部圆盘d212上，另一端通过绳索卡块700固定在弧形导轨配件301的另一端的极限位置，由于弧形导轨配件301整体绕竖直轴线做逆时针转动，同时肘部圆盘c211、肘部圆盘d212在肘部摆动架203摆动时不发生自转，因此绳索c403放松，绳索d404张紧，产生的对拉作用使绳索d404拉动弧形导轨配件301，使弧形导轨配件301相对于竖直轴线做逆时针转动，实现第二个耦合运动，该运动可实现腕关节环转运动，带动手掌部分转动。
[0067]所述腕部组件300包括第一限位机构，所述第一限位机构限制弧形导轨配件301的运动范围在O?40°。作为一种选择，第一限位机构为设置在弧形导轨配件301上的绳索卡块700上的凸台，该凸台与导轮组b501接触，即弧形导轨配件301受到阻碍，从而实现机械限位；作为另一种选择，第一限位机构也可以为设置在弧形导轨配件301的端部限位螺钉，利用限位螺钉的突出部分与肘腕连接座205的接触，阻碍弧形导轨配件301的运动，从而对弧形导轨配件301实现机械限位。此外，常用的一些凸台与凸台之间配合限位的结构也适用于第一限位机构。
[0068]所述第三肩部组件100包括第二限位机构，第二限位机构限制肩部驱动圆盘103的转动范围在O?135°。作为一种选择，第二限位机构的结构为设置在肩部驱动圆盘103的某处的限位螺钉，利用限位螺钉的突出部分与肩部连接块all6的接触使得肩部驱动圆盘103的运动受阻，从而实现机械限位；作为另一种选择，也可以为在肩部驱动圆盘103上的某处加工一个凸台，同时在肩部连接块all6的对应位置加工一个和凸台想契合的弧形凹槽，凸台伸入弧形凹槽内，凸台的行程受到弧形凹槽的限制，从而实现机械限位。此外，常用的一些凸台与凸台之间配合限位的结构也适用于第二限位机构。
[0069]在肩部驱动圆盘103上设计了机械限位，使其运动范围控制在O?135°，通过耦合驱动，运动传递到肘部圆盘a208、肘部圆盘b207上，其运动范围也控制在O?135°，通过第二个耦合驱动，运动传递到弧形导轨303，弧形导轨303的运动范围控制在O?40°。
[0070]本实用新型装置具有能够适应不同患者的患肢尺寸的特点，主要是肩部摆动架104的长度可调整。肩部摆动架104包括肩部连接板121、调节盖板120、肩肘连接板108和肩部连接架114，肩部连接板121固定连接在肩部转轴102上，调节盖板120固定连接在肩部连接板121上，所述肩肘连接板108上竖直设置有长条孔，有第一螺栓装置109从长条孔内穿过肩肘连接板108和肩部连接板121，从而将肩肘连接板108和肩部连接板121固定连接在一起。第一螺栓装置109采用调节螺钉，通过调节第三肩部组件100上的调节螺钉，即可调节第三肩部组件100的长度。
[0071]所述肩部转轴102上固定安装有配重圆盘113，该配重圆盘113通过绳索e402连接有配重块，以用于减小电机的输出力矩。配重圆盘113和肩部驱动圆盘103固联，同时配重圆盘113通过绳索与机箱中的配重联接，用来平衡机械臂的自重，减少电机的输出力矩，其意义在于当外部负载比较大时，能充分发挥电机的动力。
[0072]总体而言，该装置成功实现了耦合驱动，由一个第二电机，控制了三个自由度的运动，且运动连贯自如，灵活巧妙。本方案所构思的以上技术方案与现有技术相比较，可以实现肩肘关节的耦合运动，在降低造价、节约能量、增强系统灵活度、减轻重量等方面都具有极大的优越性，同时其安全系数高、结构紧凑、便于穿戴、可实现主被动协调运动、具有人体工程学特点，工作空间与人的肢体自然活动空间一致，能适应不同患者的患肢尺寸，且突破了传统的联接方式，实现了耦合驱动，使各机构更具关联性，减轻了控制系统的负担，可在各类复杂训练模式下对肩部进行主被动协调训练。
[0073]本实用新型由安置在机箱中的电机提供驱动力，电机依靠绳索类柔性机构将动力传递至第三肩部组件100，通过第一个耦合运动，动力被传递到肘部组件200，接下来通过第二个耦合运动，动力被传递到腕部组件300，第二个耦合运动仅涉及腕关节的环转运动，这里归到肩肘运动中去描述。一组动作下来，便实现了一个电机驱动三个自由度的运动。此三个自由度的运动分别为:肩部驱动圆盘103的旋转，实现整个肩膀的抬升；肘部摆动架203的摆动，实现小胳膊的摆动；弧形导轨配件301绕竖直轴线的旋转，实现手腕的环转。
[0074]绳索从机箱中导出，穿过绳索导套a600和绳索导套b601，绳索被引导至肩部驱动圆盘103处，通过绳索卡块700固定在肩部驱动圆盘103上。机箱中的电机通过驱动绳索，绳索的对拉作用，使得肩部驱动圆盘103由初始位置相对于其中心轴线做逆时针转动。
[0075]在肩部驱动圆盘103转动的同时，肩部连接块all6和肩部连接块bll7的空间位置不发生变化，即二者可看成是固定不动的机架，肩部圆盘bill固定在肩部连接块all6上，又因为在本训练装置的使用过程，肩部圆盘allO与肩部圆盘bill固联，因此肩部圆盘allO和肩部圆盘bill固定不动。配重圆盘113与肩部驱动圆盘103固联，因此随其绕中心轴线逆时针转动，其中固定在配重圆盘113上的绳索穿过绳索导套c602与机箱中的配重联接，用来平衡机械臂的自重，减少电机的输出力矩，当外部负载比较大时，能充分发挥电机的动力。
[0076]肩部转轴102与肩部驱动圆盘103固联，同时通过轴承固定在肩部连接块al 16和肩部连接块bll7上，可相对二者转动，因此肩部转轴102可随肩部驱动圆盘103 —起绕中心轴线做逆时针转动，其中肩部辅助板115与肩部转轴102固联，因此随之绕肩部驱动圆盘103的中心轴线做逆时针转动。
[0077]角度传感器107通过角度传感器支架118固定在肩部连接块bll7上，并且通过联轴器119与肩部转轴102联接，起到实时监测肩部驱动圆盘103转过的角度的作用。
[0078]肩部连接板121、调节盖板120、调节螺钉、肩肘连接板108构成了一个长度可调机构。通过松开调节螺钉，将肩肘连接板108上下移动至合适的长度位置，再拧紧调节螺钉，即可完成机构长度的调节，使本装置具有能适应不同患者的患肢尺寸的特点。其中肩部连接板121与肩部辅助板115、肩部转轴102均固联，因此随之绕肩部驱动圆盘103的中心轴线做逆时针转动，即此时肩部摆动架104和肘部连接座214逆时针摆动，使得带动整个肘部组件200绕肩部驱动圆盘103的中心轴线做逆时针转动。
[0079]肩部连接架114固定在肩肘连接板108上，所述肩部摆动架104上设置有导轮组c503和导轮组d504，导轮组c503和导轮组d504的轴线均水平设置，绳索a400和绳索b401分别从导轮组c503和导轮组d504绕过后固定连接在肘部驱动圆盘201上。导轮组c503和导轮组d504分别固定在肩部连接架114的两侧，起到变换绳索a400和绳索b401空间走向的作用。
[0080]单独从肘部组件200来看，肘部圆盘a208通过轴承安装在肘部转轴202上，因此肘部圆盘a208可绕其中心轴线发生自转，又因为在训练装置的使用过程中，肘部圆盘b207与肘部圆盘a208固联，因此肘部圆盘a208和肘部圆盘b207可同步一起绕其中心轴线相对转动。
[0081]弧形导轨滑块302固定在肘腕连接座205上，其中弧形导轨303和弧形导轨滑块302配合使用，在装置的使用过程中，弧形导轨303可相对滑块，绕轨道中心轴滑动，由于弧形导轨303的滑动是用于实现腕关节的环转运动，又因为轨道的半径有专门的行业标准，无法与实际人体手腕环转运动的半径相符合，因此本实用新型设计了一个弧形导轨配件301，其形状与弧形导轨303相似，该弧形导轨配件301的半径严格符合经实验和统计所得到的实际人体手腕环转运动的半径，以实现人体手腕的环转运动。又因为弧形导轨连接件304固定在弧形导轨303上，同时弧形导轨配件301与弧形导轨连接件304固联，因此二者可随弧形导轨303 —起绕轨道的中心轴线转动，又因为绳索是连接在弧形导轨配件301上的，因此最终实现的环转半径是弧形导轨配件301的半径，这样便巧妙实现了机构回转半径的传递。
[0082]所述肩部定圆盘105包括肩部圆盘allO和肩部圆盘bill，所述肩部圆盘allO上设置有第一弧形孔106，有第二螺栓装置112从第一弧形孔106内穿过肩部圆盘allO和肩部圆盘bill，从而将肩部圆盘allO和肩部圆盘bill固定连接在一起。第二螺栓装置112为螺钉，肩部圆盘allO和肩部圆盘bill之间通过螺钉拧紧来固定，在螺钉连接处设计了第一弧形孔106，使得肩部圆盘allO和肩部圆盘bill之间的相对位置能进行调节，同样的设计也用于肘部圆盘a208和肘部圆盘b207，使得肘部圆盘a208和肘部圆盘b207之间也可发生相对运动，装置使用了一段时间后，绳索a400、绳索b401可能会变松，此时通过调节肩部圆盘allO、肩部圆盘bill，以及肘部圆盘a208、肘部圆盘b207两两之间的相对位置，可以使绳索重新恢复张紧的状态，保证第一个耦合运动可以顺利进行。肘部圆盘d212和肘部支撑板b210通过螺钉拧紧来固定，在螺钉连接处设计了第二弧形孔，因此通过调节肘部圆盘d212、肘部连接板206以及肘部圆盘d212、肘部圆盘c211两两之间的相对位置，可以使变松的绳索c403、绳索d404重新恢复张紧状态，保证第二个耦合运动得以顺利进行。
[0083]正如上文中所提，本训练装置在使用过程中，需保证螺钉处于拧紧状态，此时肩部圆盘allO与肩部圆盘bill固联不进行自转，肩部驱动圆盘allO与肩部圆盘bill固联以实现同步转动；肘部圆盘a208与肘部圆盘b207固联以实现同步转动；肘部圆盘d212和肘部支撑板b210固联，肘部圆盘c211和肘部圆盘d212固联，肘部圆盘c211和肘部圆盘d212不能自转。
[0084]所述第二耦合运动机构900通过钢管连接块与肩部连接组件800固联，其中，机箱中导出的钢丝绳通过第二钢丝绳导套5与第二耦合运动机构900中的肩部驱动圆盘103连接，机箱中的第二电机组件通过钢丝绳带动肩部驱动圆盘103转动，将动力传递给所述第二耦合运动机构900，通过耦合运动，所述第二耦合运动机构900输出三个自由度的运动，即利用一个驱动实现控制了三个自由度的运动，所述三个自由度均为主动自由度，对应实现了人体肩关节的前后屈伸运动，肘关节的前后屈伸运动以及腕关节的环转运动，运动协调自如，与前后机构的运动自然衔接，有着较好的柔顺性和协调性。
[0085]参照图10，所述腕部二自由度自适应机构1000包括限位块1001、直线导轨组件1002、腕部连接板1005、第一握把连接块1006、第二握把连接块1007以及握把1008，其中直线导轨组件1002由直线导轨滑块1004和直线导向轨1003组成，直线导轨滑块1004和第二耦合运动机构900的弧形导轨连接件304相固联，从而将整个腕部二自由度自适应机构1000固定在第二耦合运动机构900上，直线导向轨1003和直线导轨滑块1004之间可沿轨道方向发生相对滑动，因此可实现平行于腕部环转关节轴线方向的上下运动，第一握把连接块1006上通过轴承安装有销轴1009，该销轴1009可相对第一握把连接块1006转动，又因为所述销轴1009和第二握把连接块1007固联在一起，因此第二握把连接块1007可相对第一握把连接块1006转动，所述两个运动协调配合，组成了腕部的两个被动自由度，所述的两个被动自由度可根据不同患者的使用情况作出自适应调整，以适应不同患者的患肢尺寸，同时当本实用新型提供的上肢康复训练装置参与到康复训练中时，患者的手部握住握把1008，所述腕部二自由度自适应机构1000便会随患者手部在运动过程中所处的空间位置，自适应地做出调整，使患肢与机构之间不会产生干涉，不仅达到了符合人体工程学特点的要求，同时极大地提高了装置的适应能力和安全系数。
[0086]本训练装置还设置有配重组件，配重组件包括第一配重组件、第二配重组件、第三配重组件和第四配重组件。其中第一配重组件和第二配重组件作用于肩部三自由度自适应机构600，第三配重组件和第四配重组件分别作用于第一耦合运动机构700和第二耦合运动机构900。第一配重组件和第二配重组件主要用于平衡训练装置的重量，提高训练装置的安全系数，第三配重组件和第四配重组件分别固定在第一耦合运动机构700的第五肩部圆盘38和第二耦合运动机构900的配重圆盘113上，主要用于减少第一驱动电机和第二驱动电机的输出力矩，当外部负载比较大时，能充分发挥电机的动力。
[0087]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。