CN107260487A - 便携式上肢康复机器人及其基于LabVIEW的数字仿真实现方法 - Google Patents

Abstract

一种便携式上肢康复机器人及其基于LabVIEW的数字仿真实现方法，结构新颖、集成化程度高，可以同时对上肢以及手指在内的17个关节进行辅助康复训练、外形美观；利用LabVIEW与PTC‑Creo引擎技术进行三维可视化图形仿真，操作简单，可模拟康复机器人的虚拟运动，且可以使操作者清晰直观地观察到仿真时各关节的旋转角度。

Description

便携式上肢康复机器人及其基于LabVIEW的数字仿真实现 方法

技术领域

本发明属于机器人自主控制领域，尤其是一种便携式上肢康复机器人及其基于LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench——实验室虚拟仪器工程工作台）的数字仿真实现方法。

背景技术

上肢康复机器人的主要适于由于脑中风而造成骨骼、肌肉的功能丧失或衰退，以及中枢神经系统受到损伤，无法形成对肢体运动的有效控制的患者。脑卒中（stroke）通常被称为“中风”或脑血管意外，是指由急性脑血管疾病引起的持续性的大脑神经功能缺损，患病者中有85% 引起偏瘫（hemiplegia）症状，尤其在老年人中居多。据资料统计，中国每年脑卒中新发病例约150 万，目前全国脑卒中患者为800 多万，残障率高达75%。根据全球脑卒中死亡分布图，中国每年脑卒中的死亡率约为151～ 251 人／10 万人。2008 年公布的中国居民第三次死因抽样调查结果显示：脑卒中已成为中国国民第一位的死亡原因．世界卫生组MONICA 研究数据显示：中国脑卒中发生率高于全球平均水平，是美国的2倍以上，并以每年8.7% 的速率上升。因此，上肢的康复训练在国内尤为重要。在传统的康复训练中康复治疗主要是通过康复治疗师用针灸、按摩等方法或者借助一些简易的医疗器械帮助患者恢复运动功能。首先，这使得康复训练对人力和物力的要求比较高，昂贵的医疗费用对患者造成了沉重的经济负担；其次，康复效果主要依靠医疗师的经验和主观判断，缺少客观量化的评价；最后，康复训练过程中，缺少舒适的支撑结构，这使得偏瘫肢体在训练中容易造成二次的伤害。

目前，上肢康复机器人可以分为两大类，一类为末端牵引式康复机器人系统，另一类为外骨骼式康复机器人系统。随着人们生活水平的提高，为了让机器人更具有针对性，一些患者对机器人提出了个人化、家庭化的要求。因此，便携式外骨骼康复机器人则备受欢迎。但是，现如今大多数上肢康复机器人存在一些问题，例如：体积大、结构复杂、使用不方便、多为单关节康复设备，集成度不高等。

在以往对上肢康复机器人的设计、仿真与控制项目中，人们主要通过两种方式进行设计，一种是采用传统的编程语言进行设计，如VB(Visual Basic) 、VC++( MicrosoftVisual C++)等；另一种是通过在三维建模软件上进行二次开发来实现，如SolidWorks、UG(Unigraphics)、Pro/E(Pro/ENGINEER Wildfire)等。前者在驱动控制方面的实现较为容易，但在仿真设计上过于繁琐,后者则与之相反。

目前的建模工具有很多，但是在LabVIEW环境下支持的方法却很少。一种方法是利用3Dmax（3D Studio Max）软件导出的ASE文件与LabVIEW的接口技术实现图形仿真，这种办法虽然可行，但是程序运行比较慢,程序复杂,并且实体零件必须分开导入,不支持装配体连接；第二种是利用LabVIEW自带的3D Picture Toolkit自行建立三维模型，这种方法程序响应速度快，操作比较简单，但是只适用于圆柱、方体等简单模型，对于机构复杂的模型则实现困。本发明是利用LabVIEW与PTC-Creo引擎技术，将PTC-Creo的VRML导出的WRL文件导入到LabVIEW语言环境，利用LabVIEW语言强大的界面功能,结合LabVIEW的3D PictureControl Toolkit进行三维图形仿真模拟，图形效果清晰，运动控制方便，给仿真工作带来极大的方便。3D Picture Control Toolkit是一个基于LabVIEW中3D Picture控件的三维模型建立及显示控制实用函数的集合，包含了文件读取、模型建立、运动关系控制、表面材质控制、显示场景控制和观察视角控制等功能函数。

LabVIEW不仅具有优秀的软件开发环境,也是功能强大的自动化测试工具。基于LabVIEW的上肢康复机器人数字仿真系统利用三维图形显示控件构建上肢康复机器人的仿真显示平台，而且在LabVIEW环境中可以用NI USB系列的数据采集卡为新型便携式上肢康复机器人提供控制信号，可快速实现对上肢康复机器人的仿真与控制,缩短开发周期。

发明内容

本发明的目的在于提出一种便携式上肢康复机器人及其基于LabVIEW的数字仿真实现方法，它可以克服现有的技术不足，是一种结构简单、集成化程度高，使用方便的上肢康复机器人，且数字仿真实现方法利用LabVIEW与PTC-Creo（Parametric TechnologyCorporation Creo）的引擎技术进行三维可视化图形仿真，操作简单，仿真效果逼真，可快速实现对新型便携式上肢康复机器人的仿真与控制。

本发明的技术方案：一种便携式上肢康复机器人，其特征在于它包括上肢结构和手部结构；其中，所述上肢结构是由肘部伸展/弯曲机构、腕部内/外旋运动机构和腕部伸展/弯曲机构组成；所述肘部伸展/弯曲机构和腕部内/外旋运动机构连接；所述上肢结构和手部结构之间则通过腕部伸展/弯曲机构连接。

所述手指结构是由手掌部分、大拇指弯曲/伸展机构和其他四个手指弯曲/伸展机构构成；所述大拇指弯曲/伸展机构和其他四个手指弯曲/伸展机构均与手掌部分连接，且通过手掌部分与腕部伸展/弯曲机构连接。

所述上肢结构是实现3个自由度康复训练动作的结构；所述手指结构中，大拇指是可实现2个自由度康复训练动作的结构，其他4个手指是分别可实现3个自由度康复训练动作的结构，即手指结构是可以实现14个自由度康复训练动作的结构。

所述肘部伸展/弯曲机构是由前臂弧形槽、上臂弧形槽、被动线轮、钢丝绳I、主动线轮、步进电机I、连接片、电机座构成；所述被动线轮和连接片通过螺钉与上臂弧形槽固定连接；所述前臂弧形槽有左右旋转轴的结构；所述被动线轮和连接片又分别与前臂弧形槽的左右旋转轴连接；所述步进电机通过电机座与前臂弧形槽固定连接，所述电机座通过螺钉紧固在前臂弧形槽上；所述主动线轮与步进电机I的电机轴紧密连接，并随着步进电机的转动而转动；所述被动线轮通过钢丝绳I与主动线轮相连。

所述腕部内/外旋运动机构由上臂延伸杆、步进电机III、主动齿轮II、从动齿圈构成；所述上臂延伸杆上有“T”型槽，通过“T”型槽与上臂弧形槽连接；所述上臂延伸杆与上臂弧形槽的连接可以根据不同的人进行范围调节，调整好范围后利用弹簧销紧固；所述步进电机III通过螺钉固定在上臂延伸杆上；所述主动齿轮II与步进电机III的电机轴紧密连接，并随着步进电机III的轴的转动而转动；所述从动齿圈与主动齿轮II啮合连接；所述上臂延伸杆上有凸出的滑盘；所述从动齿圈上有与凸出滑盘相配合的凹陷的滑槽；滑盘可以在滑槽内光滑运动，使从动齿圈与上臂延伸杆形成弧形滑轨连接。

所述腕部伸展/弯曲机构由主动齿轮I、从动齿轮轴、步进电机II、左联件和右联件构成；所述步进电机II通过销钉紧固在腕部内/外旋运动机构的从动齿圈上；所述主动齿轮I与步进电机II的电机轴紧密连接，并随电机轴的转动而转动，从动齿轮轴与主动齿轮I啮合连接，且又与腕部内/外旋运动机构中的从动齿圈连接；所述右联件通过销钉与从动齿轮轴连接，并可以随从动齿轮轴转动而转动；所述左联件通过转动销与腕部内/外旋运动机构的从动齿圈连接；所述左联件和右联件分别连接手掌部分的左右两边。

所述从动齿圈由齿圈、卡盘、挂耳构成；所述挂耳固定在卡盘上，分右挂耳和左挂耳；所述步进电机II则通过销钉紧固在从动齿圈的卡盘的右挂耳上；所述从动齿轮轴与主动齿轮I啮合连接，且又同时连接从动齿圈的卡盘的右挂耳；所述左联件通过转动销与从动齿圈的卡盘的左挂耳连接。

所述手掌部分的左右两边有插板；所述左联件和右联件上有插槽；所述手掌部分的左右两边的插板分别插在左联件和右联件的插槽中。

所述大拇指弯曲/伸展机构由后关节座I、中关节槽I、轮杆I、连杆I、步进电机IV和钢丝绳II组成；所述后关节座I依卡槽连接手掌部分；所述卡槽设置在手部；所述连杆I与轮杆I通过转动副连接，所述中关节槽I与连杆I和后关节座I分别通过两个转动副连接，形成一个可以实现大拇指伸展/弯曲的四连杆机构；所述步进电机IV通过螺钉固定在手掌部分上；所述便携式上肢康复机器人是由步进电机IV通过钢丝绳IIS1带动轮杆I旋转进而推动四连杆机构运动实现的

所述的其他四个手指弯曲/伸展机构有四组，分别掌管其余四指动作，分别是由后关节座II、中关节槽II、前关节槽、轮杆II、后齿轮杆、前齿轮杆、连杆II、步进电机V、钢丝绳III啮合齿轮I和啮合齿轮II组成；所述后关节座II与手掌部分上的卡槽紧密连接；所述中关节槽II通过转动副与后关节座II连接；所述前关节槽通过转动副与中关节槽II连接；所述轮杆II通过转动副与后关节座II连接；所述后齿轮杆的两端分别通过两个转动副与轮杆II和中关节槽II连接；所述前齿轮杆的两端分别通过两个转动副与中关节槽II和连杆II连接；所述连杆II的另一端与前关节槽通过转动副连接；所述后关节座II、轮杆II、后齿轮杆、中关节槽II形成后四连杆机构I；所述中关节槽II、前齿轮杆、连杆II、前关节槽形成前四连杆机构II；后四连杆机构I与前四连杆机构II通过一对啮合齿轮I和啮合齿轮II连接；所述啮合齿轮I和后齿轮杆是一体的；所述啮合齿轮II和前齿轮杆是一体的；所述步进电机V通过螺钉固定在手掌部分上；其他四个手指的伸展/弯曲运动则通过被步进电机V通过钢丝绳III带动轮杆II旋转进而推动后四连杆机构I，再由一对8:5的啮合齿轮I和啮合齿轮II将运动传递给前四连杆机构II实现的。

一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法，其特征在于它包括以下步骤：

（1）利用PTC-Creo三维软件建立静态便携式上肢康复机器人上肢结构和手部结构的组件模型，然后导出VRML的WRL格式文件，为了提高图形显示效果，转换后需要根据需求在LabVIEW程序中对调用的模型进行比例缩放；

（2）利用LabVIEW中3D Picture Control控件的子命令Transform Function的对象缩放命令对上肢结构和手部结构的组件进行比例缩放，在LabVIEW环境中缩放命令是将对象按X因子、Y因子、Z因子进行的比例缩放，所以在进行比例缩放时要对X因子、Y因子、Z因子进行相同的比例缩放倍数才不会导致缩放对象的失真，为了能够在显示面板上被清晰舒适地被观察到上肢结构和手部结构的组件，在LabVIEW环境中调用组件模型；

（3）利用3D Picture Control Toolkit的控制函数完成步骤（1）中的便携式上肢康复机器人三维模型进行装配；

（4）建立上肢结构和手部结构的组件之间的运动关系实现运动控制。根据组件的父子关系在LabVIEW中函数选板下的数值控件的中选择“转盘”旋钮类型，旋钮与SetRotation.vi的“角”接线端连接，而Set Rotation.vi的“场景对象”接线端与需要旋转的组件连接，这样就可以通过旋钮来实时控制便携式上肢康复机器人模型在虚拟环境中的运动，运动组件的运动角度可以在前面板上的数值显示控件中实时显示出来，从而实现便携式上肢康复机器人的数字仿真；

（5）利用LabVIEW的 3D Picture Control Toolkit中的图形命令建立组件的图形特征，主要包括表面材质、观察视角、显示比例、图形位置，最终实现形象逼真的三维数字仿真。

所述步骤（3）中对便携式上肢康复机器人三维模型进行装配过程，由以下步骤构成：

①在LabVIEW环境下，由于WRL格式的文件只能识别三维模型的三维空间直角坐标系，因此首先需要在上肢结构和手部结构的组件上建立坐标系，坐标系的一般建立在两个组件连接的位置，方便调用的时候装配；

②利用“创建路径”vi函数将上肢结构和手部结构的组件按名称索引调用到同LabVIEW环境中，例如要将前臂弧形槽M1调用到场景中，则需要将“创建路径”vi函数的索引字符串中写上“前臂弧形槽.wrl”；

③利用3D Picture Control Toolkit中的Read WRL file.vi函数和“添加对象”的调用节点将步骤（1）中得到的WRL文件，利用②的方法导入到LabVIEW的同一场景中；

④利用Refnum的参考机制按照步骤③建立上肢结构和手部结构的组件的参考关系，并根据其父子关系，父子关系是两个组件在调用装配时的相对关系，例如要将前臂弧形槽M1与被动线轮A1调用装配时，由于在运动时，被动线轮是绕着前臂弧形槽M1上的定轴旋转的，所以在“添加对象”的调用节点中前臂弧形槽M1位于上层称为父项，被动线轮A1位于下层称为子项，将上肢结构和手部结构的组件进行精确连接；

⑤最后让上肢结构和手部结构的组件在参考坐标系，一般以父项的坐标系为参考坐标系，下利用LabVIEW中的Translate Object.vi和Rotate Object.vi进行移动和旋转，最终实现精确装配。

本发明提出的便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法，仿真时只需要在前面板上控制“转盘”旋钮（旋钮上有刻度，量程也可以根据用户的情况自行设定）如图6中D2上肢康复机器人各个关节运动的旋钮控制模块所示，即可控制对新型便携式上肢康复机器人模型在虚拟环境中的运动，如图6中D4是机器人三维图片的运动状态的展示模块所示。而且，各关节的运动角度也可以在前面板上实时显示出来，如图6中D3各个关节运动角度的实时数字显示模块所示，仿真操作简单，结果直观清晰，操作者在操作时感觉像是在做游戏，增加了机械运动仿真的趣味性。另外，当需要模型的一个或多个关节到达指定角度时，本发明提出的便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真方法可以通过“转盘”旋钮快速实现，而不必像传统仿真软件如SolidWorks，ADAMS(Automatic DynamicAnalysis of Mechanical System)一样，需要对虚拟电机进行运动时间和运动速度进行参数设定才能达到要求，避免了复杂的参数设定。

本发明的工作原理：肘部伸展/弯曲运动，在便携式上肢康复机器人中是被步进电机IA4通过主动线轮A3带动钢丝绳IA2进而带动被动线轮A1旋转，上臂弧形槽M3随被动线轮A1旋转而旋转实现的。腕部的伸展/弯曲运动，在便携式上肢康复机器人中是被步进电机IIA8通过的主动齿轮IB4、被动齿轮轴B3实现的，传动比为9:10，右联件B2随齿轮轴B3旋转而旋转，进而带动手掌部分M5运动。腕部的内/外旋运动，在便携式上肢康复机器人中是被步进电机IIIA5通过的主动齿轮IIA6、被动齿圈A7实现的，传动比5:17。大拇指的伸展/弯曲运动，在便携式上肢康复机器人中是被步进电机IVA9（通过螺钉固定在手掌部分M5上）通过钢丝绳IIS1带动轮杆IB6旋转进而推动四连杆机构运动实现的。其他四个手指的伸展/弯曲运动（以食指为例）在便携式上肢康复机器人中是被步进电机VA10（通过螺钉固定在手掌部分M5上）通过钢丝绳IIIS2带动轮杆IIB12旋转进而推动后四连杆机构Ⅰ再由一对8:5的啮合齿轮IB14和啮合齿轮IIB15将运动传递给前四连杆机构Ⅱ实现的。

通过三维造型软件完成新型上肢康复机器人的实体建模,然后结合VRML（VirtualReality Modeling Language）虚拟现实技术完成格式转换，再利用LabVIEW的3D PictureControl Toolkit实现虚拟机械部件的三维运动仿真，仿真过程中能够在LabVIEW的前面板上显示新型便携式上肢康复机器人的虚拟三维模型，并通过设定不同虚拟数字虚拟按钮控制新型便携式上肢康复机器人不同关节的运动，其运动结果可以在前面板上实时显示，效果形象逼真。

便携式上肢康复机器人三维模型在三维造型软件PTC-Creo（ParametricTechnology Corporation Creo）下设计的。包括了上肢部分和手指部分，其中上肢部分在设计上可以实现3个自由度的康复训练动作：肘部的伸展/弯曲、腕部的伸展/弯曲、腕部的内/外旋。手指部分除大拇指2个自由度外，其他4个手指各3个自由度，手指部分可以实现14个自由度的康复训练动作：大拇指MCP (metacarpophalangeal)掌指关节和DIP(distalinterphalangeal)远端指间关节的弯曲和伸展运动；其他四个手指MCP(metacarpophalangeal)掌指关节、手指PIP(proximal interphalangeal)近端指间关节和DIP(distal interphalangeal)远端指间关节的弯曲和伸展运动。

在LabVIEW环境下上肢康复机器人各组件在运动过程中，其子项会随着父项的运动而运动，在不对子项进行运动控制时，父子关系项的组件其相对位置不会发生改变，因此在LabVIEW环境下对上肢康复机器人的装配过程中，确定组件的父子关系尤为重要，只有正确的建立父子关系才能在虚拟环境中对康复机器人的运动做到精确无误的控制。而如果需要父子关系的组件发生相对运动时，则需要以子项组件的坐标系即相对坐标系（父项为参考坐标系）为基准进行旋转、移动运动命令的操作。PTC- Creo三维软件中可在所建模型的任意位置建立空间直角坐标系，只需在导出VRML的WRL文件时先择所需坐标系即可。

本发明的优越性：本发明提出的便携式上肢康复机器人使用方便、便于携带、结构简单、集成化程度高（包括了上肢和手指在内的17个自由度）、采用模块化设计，上肢和手指部分可以单独进行康复训练也可以结合在一起综合训练，拆装方便。另外，本发明提出的便携式上肢康复机器人基于LabVIEW的数字仿真技术, 通过三维造型软件PTC-Creo完成实体建模后，结合VRML（Virtual Reality Modeling Language）虚拟现实技术完成格式转换，再利用LabVIEW的3D Picture Control Toolkit实现虚拟机械部件的三维运动仿真,以达到了解实体结构和运动特征的目的，操作简单，仿真效果逼真，解决大多数仿真设计过程中过于繁琐以及复杂的参数设定的问题。

利用LabVIEW与PTC-Creo的引擎技术进行三维可视化图形仿真,操作简单,仿真效果逼真。基于LabVIEW的新型便携式上肢康复机器人控制与仿真系统,通过LabVIEW的三维图形显示控件对机器人进行仿真显示,仿真模型可模拟新型便携式上肢康复机器人的虚拟运动。操作者可以在控制界面清晰直观地观察到仿真时各关节的旋转角度，做到了运动过程中实时的数字仿真显示，增加了机械运动仿真的趣味性。

附图说明

图1为本发明所涉一种便携式上肢康复机器人的整体结构示意图。

图2为本发明所涉一种便携式上肢康复机器人中手部结构的结构示意图。

图3为本发明所涉一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法的步骤流程示意图。

图4为本发明所涉一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法控制（首次和非首次运行）流程示意图。

图5为本发明所涉一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法在LabVIEW环境下的编程图示意图。

图6为本发明所涉一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法在LabVIEW环境下的前面板仿真展示示意图。

其中，A1为被动线轮；A2为钢丝绳I；A3为主动线轮；A4为步进电机I；A5为步进电机III；A6为主动齿轮II；A7为从动齿圈；A8为步进电机II；A9为步进电机IV；A10为步进电机V（用于食指伸展/弯曲运动）；A11为连接片；A12为电机座；B1为左联件；B2为右联件；B3为从动齿轮轴；B4为主动齿轮I；B5为后关节座I；B8为中关节槽I；B6为轮杆I；B7为连杆I；B9为后关节座II；B10为中关节槽II；B11为前关节槽；B12为轮杆II；B13为后齿轮杆；B14为啮合齿轮I；B15为啮合齿轮II；B16为前齿轮杆；B17为连杆；M1为前臂部分的弧形槽；M2为肘部的屈/伸运动关节；M3为上臂的弧形槽；M4为上臂延伸杆；M5为手掌部分；S1为钢丝绳II；S2为钢丝绳III；C1为while循环结构；C2移位寄存器；D1为系统场景的上下、左右移动以及三位图片的比例缩放控制模块；D2为上肢康复机器人各个关节运动的旋钮控制模块；D3为各个关节运动角度的实时数字显示模块；D4为机器人三维图片的运动状态的展示模块。

具体实施方式

实施例：一种便携式上肢康复机器人（见图1），其特征在于它包括上肢结构和手部结构；其中，所述上肢结构是由肘部伸展/弯曲机构、腕部内/外旋运动机构和腕部伸展/弯曲机构组成；所述肘部伸展/弯曲机构和腕部内/外旋运动机构连接；所述上肢结构和手部结构之间则通过腕部伸展/弯曲机构连接。

所述手指结构（见图1）是由手掌部分M5、大拇指弯曲/伸展机构和其他四个手指弯曲/伸展机构构成；所述大拇指弯曲/伸展机构和其他四个手指弯曲/伸展机构均与手掌部分连接，且通过手掌部分与腕部伸展/弯曲机构连接。

所述上肢结构是实现3个自由度康复训练动作的结构；所述手指结构中，大拇指是可实现2个自由度康复训练动作的结构，其他4个手指是分别可实现3个自由度康复训练动作的结构，即手指结构是可以实现14个自由度康复训练动作的结构。

所述肘部伸展/弯曲机构（见图1）是由前臂弧形槽M1、上臂弧形槽M3、被动线轮A1、钢丝绳IA2、主动线轮A3、步进电机IA4、连接片A11、电机座A12 构成；所述被动线轮A1和连接片A11通过螺钉与上臂弧形槽M3固定连接；所述前臂弧形槽M1有左右旋转轴的结构；所述被动线轮A1和连接片A11又分别与前臂弧形槽M1的左右旋转轴连接；所述步进电机IA4通过电机座A12与前臂弧形槽M1固定连接，所述电机座A12通过螺钉紧固在前臂弧形槽M1上；所述主动线轮A3与步进电机IA4的电机轴紧密连接，并随着步进电机的转动而转动；所述被动线轮A1通过钢丝绳IA2与主动线轮A3相连。

所述腕部内/外旋运动机构（见图1）由上臂延伸杆M4、步进电机IIIA5、主动齿轮IIA6、从动齿圈A7构成；所述上臂延伸杆M4上有“T”型槽，通过“T”型槽与上臂弧形槽M3连接；所述上臂延伸杆M4与上臂弧形槽M3的连接可以根据不同的人进行范围调节，调整好范围后利用弹簧销紧固；所述步进电机IIIA5通过螺钉固定在上臂延伸杆M4上；所述主动齿轮IIA6与步进电机IIIA5的电机轴紧密连接，并随着步进电机IIIA5的轴的转动而转动；所述从动齿圈A7与主动齿轮IIA6啮合连接；所述上臂延伸杆M4上有凸出的滑盘；所述从动齿圈A7上有与凸出滑盘相配合的凹陷的滑槽；滑盘可以在滑槽内光滑运动，使从动齿圈A7与上臂延伸杆M4形成弧形滑轨连接。

所述腕部伸展/弯曲机构（见图1、图2）由主动齿轮IB4、从动齿轮轴B3、步进电机IIA8、左联件B1和右联件B2构成；所述步进电机IIA8通过销钉紧固在腕部内/外旋运动机构的从动齿圈A7上；所述主动齿轮IB4与步进电机IIA8的电机轴紧密连接，并随电机轴的转动而转动，从动齿轮轴B3与主动齿轮IB4啮合连接，且又与腕部内/外旋运动机构中的从动齿圈A7连接；所述右联件B2通过销钉与从动齿轮轴B3连接，并可以随从动齿轮轴B3转动而转动；所述左联件B1通过转动销与腕部内/外旋运动机构的从动齿圈A7连接；所述左联件B1和右联件B2分别连接手掌部分M5的左右两边。

所述从动齿圈A7由齿圈、卡盘、挂耳构成；所述挂耳固定在卡盘上，分右挂耳和左挂耳；所述步进电机IIA8则通过销钉紧固在从动齿圈A7的卡盘的右挂耳上；所述从动齿轮轴B3与主动齿轮IB4啮合连接，且又同时连接从动齿圈A7的卡盘的右挂耳；所述左联件B1通过转动销与从动齿圈A7的卡盘的左挂耳连接（见图1、图2）。

所述手掌部分M5的左右两边有插板；所述左联件B1和右联件B2上有插槽；所述手掌部分M5的左右两边的插板分别插在左联件B1和右联件B2的插槽中（见图1）。

所述大拇指弯曲/伸展机构（见图1、图2）由后关节座IB5、中关节槽IB8、轮杆IB6、连杆IB7、步进电机IVA9和钢丝绳IIS1组成；所述后关节座IB5依卡槽连接手掌部分M5；所述卡槽设置在手部；所述连杆IB7与轮杆IB6通过转动副连接，所述中关节槽IB8与连杆IB7和后关节座IB5分别通过两个转动副连接，形成一个可以实现大拇指伸展/弯曲的四连杆机构；所述步进电机IVA9通过螺钉固定在手掌部分M5上；所述便携式上肢康复机器人是由步进电机IVA9通过钢丝绳IIS1带动轮杆IB6旋转进而推动四连杆机构运动实现的

所述的其他四个手指弯曲/伸展机构有四组（见图1、图2），分别掌管其余四指动作，分别是由后关节座IIB9、中关节槽IIB10、前关节槽B11、轮杆IIB12、后齿轮杆B13、前齿轮杆B16、连杆IIB17、步进电机VA10、钢丝绳IIIS2啮合齿轮IB14和啮合齿轮IIB15组成；所述后关节座IIB9与手掌部分M5上的卡槽紧密连接；所述中关节槽IIB10通过转动副与后关节座IIB9连接；所述前关节槽B11通过转动副与中关节槽IIB10连接；所述轮杆IIB12通过转动副与后关节座IIB9连接；所述后齿轮杆B13的两端分别通过两个转动副与轮杆IIB12和中关节槽IIB10连接；所述前齿轮杆B16的两端分别通过两个转动副与中关节槽IIB10和连杆IIB17连接；所述连杆IIB17的另一端与前关节槽B11通过转动副连接；所述后关节座IIB9、轮杆IIB12、后齿轮杆B13、中关节槽IIB10形成后四连杆机构I；所述中关节槽IIB10、前齿轮杆B16、连杆IIB17、前关节槽B11形成前四连杆机构II；后四连杆机构I与前四连杆机构II通过一对啮合齿轮IB14和啮合齿轮IIB15连接；所述啮合齿轮IB14和后齿轮杆B13是一体的；所述啮合齿轮IIB15和前齿轮杆B16是一体的；所述步进电机VA10通过螺钉固定在手掌部分M5上；其他四个手指的伸展/弯曲运动则通过被步进电机VA10通过钢丝绳IIIS2带动轮杆IIB12旋转进而推动后四连杆机构I，再由一对8:5的啮合齿轮IB14和啮合齿轮IIB15将运动传递给前四连杆机构II实现的。

一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法，其特征在于它包括以下步骤：

（1）利用PTC-Creo三维软件建立静态便携式上肢康复机器人上肢结构和手部结构的组件模型，然后导出VRML的WRL格式文件，为了提高图形显示效果，转换后需要根据需求在LabVIEW程序中对调用的模型进行比例缩放；

（2）利用LabVIEW中3D Picture Control控件的子命令Transform Function的对象缩放命令对上肢结构和手部结构的组件进行比例缩放，在LabVIEW环境中缩放命令是将对象按X因子、Y因子、Z因子进行的比例缩放，所以在进行比例缩放时要对X因子、Y因子、Z因子进行相同的比例缩放倍数才不会导致缩放对象的失真，为了能够在显示面板上被清晰舒适地被观察到上肢结构和手部结构的组件，在LabVIEW环境中调用组件模型，本发明将组件模型利用LabVIEW中的Scale Object.vi放大了10倍；

（3）利用3D Picture Control Toolkit的控制函数完成步骤（1）中的便携式上肢康复机器人三维模型进行装配；

（4）建立上肢结构和手部结构的组件之间的运动关系实现运动控制。根据组件的父子关系在LabVIEW中函数选板下的数值控件的中选择“转盘”旋钮类型，旋钮与SetRotation.vi的“角”接线端连接，而Set Rotation.vi的“场景对象”接线端与需要旋转的组件连接，这样就可以通过旋钮来实时控制便携式上肢康复机器人模型在虚拟环境中的运动，运动组件的运动角度可以在前面板上的数值显示控件中实时显示出来，从而实现便携式上肢康复机器人的数字仿真；

（5）利用LabVIEW的 3D Picture Control Toolkit中的图形命令建立组件的图形特征，主要包括表面材质、观察视角、显示比例、图形位置，最终实现形象逼真的三维数字仿真。

所述步骤（3）中对便携式上肢康复机器人三维模型进行装配过程，由以下步骤构成：

①在LabVIEW环境下，由于WRL格式的文件只能识别三维模型的三维空间直角坐标系，因此首先需要在上肢结构和手部结构的组件上建立坐标系，坐标系的一般建立在两个组件连接的位置，方便调用的时候装配；

②利用“创建路径”vi函数将上肢结构和手部结构的组件按名称索引调用到同LabVIEW环境中，例如要将前臂弧形槽M1调用到场景中，则需要将“创建路径”vi函数的索引字符串中写上“前臂弧形槽.wrl”；

③利用3D Picture Control Toolkit中的Read WRL file.vi函数和“添加对象”的调用节点将步骤（1）中得到的WRL文件，利用②的方法导入到LabVIEW的同一场景中；

④利用Refnum的参考机制按照步骤③建立上肢结构和手部结构的组件的参考关系，并根据其父子关系，父子关系是两个组件在调用装配时的相对关系，例如要将前臂弧形槽M1与被动线轮A1调用装配时，由于在运动时，被动线轮是绕着前臂弧形槽M1上的定轴旋转的，所以在“添加对象”的调用节点中前臂弧形槽M1位于上层称为父项，被动线轮A1位于下层称为子项，将上肢结构和手部结构的组件进行精确连接；

⑤最后让上肢结构和手部结构的组件在参考坐标系，一般以父项的坐标系为参考坐标系，下利用LabVIEW中的Translate Object.vi和Rotate Object.vi进行移动和旋转，最终实现精确装配。

为了更好的说明本发明的目的和优点， 下面结合附图和实施例对技术方案作进一步说明。

如图1所示，新型便携式上肢康复机器人在结构上主要包括了上臂、前臂和手部三个主要部分，手部由手掌和五个手指组成。上肢的主要特点在于上肢骨纤细轻巧、具有运动多样性、不存在类似下肢运动的步态周期等方面，本发明的新型便携式上肢康复机器人根据人体工程学的原理进行三维建模设计。其中，上臂、前臂和手指部分考虑到穿戴者的舒适程度，采用了椭圆形的弧形槽设计能够很好地与人体上肢契合。例如M5为新型便携式上肢康复机器人的手部可以为患者进行手指的康复训练， M1为前臂部分的弧形槽，M2为肘部的屈/伸运动关节，M3为上臂的弧形槽。

图2为本发明提出的上肢康复机器人的手部三维结构示意图，图中连接件B1、B2连接上肢部分和手指部分。当需要把手指部分和上肢部分分开来进行单独康复训练时，只需要把手掌部分M5从连接件B1和B2的插槽中拔出即可，方便快捷。连接时可以进行综合的康复训练。

肘部的伸展/弯曲运动，在新型上肢康复机器人中是被步进电机IA4通过钢丝绳IA2带动被动线轮A1再由被动线轮旋转带动上臂实现的，主动线轮A3与步进电机的电机轴连接；腕部的伸展/弯曲运动，在新型上肢康复机器人中是被步进电机通过一对9:10的主动齿轮IB4和从动齿轮轴B3实现的，主动齿轮与步进电机IIA8的电机轴相连；腕部的内/外旋运动，在新型上肢康复机器人中是被步进电机通过一对5:17的主动齿轮IIA6和从动齿圈A7实现的，主动齿轮与步进电机IIIA5的电机轴相连；大拇指的伸展/弯曲运动，在新型上肢康复机器人中是被步进电机IVA9通过钢丝绳IIS1带动一个四连杆机构实现的，四连杆机构后关节座IB5、轮杆IB6、连杆IB7、中关节槽IB8形成后四连杆机构，其中轮杆IB6与钢丝绳IIS1相连；其余四根手指的伸展/弯曲运动是被步进电机通过钢丝绳带动两个四连杆机构I和II实现的，后关节座IIB9、轮杆IIB12、后齿轮杆B13、中关节槽IIB10形成后四连杆机构I；中关节槽IIB10、前齿轮杆B16、连杆IIB17、前关节槽B11形成前四连杆机构II，而且两个四连杆机构之间由一对8:5的啮合齿轮IB14和啮合齿轮IIB15进行机构传动的。

所述的电机都是通过电机座固定在新型上肢康复机器人上的。手指部分和上肢部分是通过两个连接件B1、B2连接起来的，连接件B2与齿轮轴B3连接在一起，随着齿轮轴B3的旋转带动手指部分运动实现腕部的弯曲/伸展运动。

下面结合附图2，本发明提出的上肢康复机器人的手部三维结构示意图，对本发明做进一步说明：

图2为本发明提出的上肢康复机器人的手部三维结构示意图，图中连接件B1、B2连接上肢部分和手指部分。当需要把手指部分和上肢部分分开来进行单独康复训练时，只需要把手指部分从连接件B1和B2中拔出即可，方便快捷。连接时可以进行综合的康复训练。

图3为本发明的流程示意图，图示为本发明的4个关键步骤：第一步，借助PTC-Creo三维设计软件对新型便携式上肢康复机器人进行设计和三维实体建模；第二步，在PTC-Creo环境下对机器人的三维实体模型进行格式的转化，把便携式上肢康复机器人的组件转化为LabVIEW可识别的WRL格式文件；第三步，在LabVIEW环境下对转化后的WRL文件进行调用，并进行新型便携式上肢康复机器人的静态组装；第四步，在LabVIEW环境下对调用的WRL文件进行控制以实现数字仿真。

具体操作如下：一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法，其特征在于它包括以下步骤：

（1）利用PTC-Creo三维软件建立静态便携式上肢康复机器人上肢结构和手部结构的组件模型，然后导出VRML的WRL格式文件，为了提高图形显示效果，转换后需要根据需求在LabVIEW程序中对调用的模型进行比例缩放；

（2）利用LabVIEW中3D Picture Control控件的子命令Transform Function的对象缩放命令对上肢结构和手部结构的组件进行比例缩放，在LabVIEW环境中缩放命令是将对象按X因子、Y因子、Z因子进行的比例缩放，所以在进行比例缩放时要对X因子、Y因子、Z因子进行相同的比例缩放倍数才不会导致缩放对象的失真，为了能够在显示面板上被清晰舒适地被观察到上肢结构和手部结构的组件，在LabVIEW环境中调用组件模型，本发明将组件模型利用LabVIEW中的Scale Object.vi放大了10倍；

（3）利用3D Picture Control Toolkit的控制函数完成步骤（1）中的便携式上肢康复机器人三维模型进行装配；

①在LabVIEW环境下，由于WRL格式的文件只能识别三维模型的三维空间直角坐标系，因此首先需要在上肢结构和手部结构的组件上建立坐标系，坐标系的一般建立在两个组件连接的位置，方便调用的时候装配；

②利用“创建路径”vi函数将上肢结构和手部结构的组件按名称索引调用到同LabVIEW环境中，例如要将前臂弧形槽M1调用到场景中，则需要将“创建路径”vi函数的索引字符串中写上“前臂弧形槽.wrl”；

③利用3D Picture Control Toolkit中的Read WRL file.vi函数和“添加对象”的调用节点将步骤（1）中得到的WRL文件，利用②的方法导入到LabVIEW的同一场景中；

④利用Refnum的参考机制按照步骤③建立上肢结构和手部结构的组件的参考关系，并根据其父子关系，父子关系是两个组件在调用装配时的相对关系，例如要将前臂弧形槽M1与被动线轮A1调用装配时，由于在运动时，被动线轮是绕着前臂弧形槽M1上的定轴旋转的，所以在“添加对象”的调用节点中前臂弧形槽M1位于上层称为父项，被动线轮A1位于下层称为子项，将上肢结构和手部结构的组件进行精确连接；

⑤最后让上肢结构和手部结构的组件在参考坐标系，一般以父项的坐标系为参考坐标系，下利用LabVIEW中的Translate Object.vi和Rotate Object.vi进行移动和旋转，最终实现精确装配。

（4）建立上肢结构和手部结构的组件之间的运动关系实现运动控制。根据组件的父子关系在LabVIEW中函数选板下的数值控件的中选择“转盘”旋钮类型，旋钮与SetRotation.vi的“角”接线端连接，而Set Rotation.vi的“场景对象”接线端与需要旋转的组件连接，这样就可以通过旋钮来实时控制便携式上肢康复机器人模型在虚拟环境中的运动，运动组件的运动角度可以在前面板上的数值显示控件中实时显示出来，从而实现便携式上肢康复机器人的数字仿真；

（5）利用LabVIEW的 3D Picture Control Toolkit中的图形命令建立组件的图形特征，主要包括表面材质、观察视角、显示比例、图形位置，最终实现形象逼真的三维数字仿真。

在图4的控制流程示意图中，如果是首次运行设计的仿真程序需要识别调用的WRL文件，为了更好的对组件进行控制需要建立组件间准确的父子关系和合适的组件参考关系，然后还需要对三维图片的视角、背景颜色、灯光参数进行设置以便达到更好的展示效果。设定完运动参数后，在输入运动控制参数时图像随之刷新实时改变运动状态。

图5为本发明的LabVIEW编程图，LabVIEW这一具有革命性的G语言虚拟仪器编程环境,摒弃了传统开发工具的复杂性,为我们提供强大功能的同时还保证了系统灵活性。在数据采集和仪器控制、自动化测试、工业控制和测量、嵌入式设计等方面有着广泛的应用。与传统的编程方式相比,使用LabVIEW设计虚拟仪器,可以提高效率4-10倍。同时,利用其模块化和递归方式,用户可以在很短的时间内构建、设计和更改自己的虚拟仪器系统。图5就是根据本发明的要求设计出的后面板系统框图。本发明用的是while循环结构C1没有循环次数的限制，只要点击运行程序命令，操作者可以一直对前面板（图6）的操作命令进行操作，而且在while循环结构中还添加了移位寄存器C2，把上一次操作命令的数据传递到下一次操作命令的过程中，保证了各操作命令之间的连续性。当需要停止操作时，只需要点击命令栏中的“结束”命令即可退出循环操作。

图6中，LabVIEW环境中数值输入控件有多种类型可供用户选择，有旋钮式、转盘式、仪表式、水平填充滑杆式、竖直填充滑杆式、水平进度条式等，用户可以根据自身需求做出美观化的界面设计。D1是系统场景的上下、左右移动以及三位图片的比例缩放控制模块；D2是上肢康复机器人各个关节运动的旋钮控制模块；D3是各个关节运动角度的实时数字显示模块；D4是机器人三维图片的运动状态的展示模块。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，凡依据本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式上肢康复机器人，其特征在于它包括上肢结构和手部结构；其中，所述上肢结构是由肘部伸展/弯曲机构、腕部内/外旋运动机构和腕部伸展/弯曲机构组成；所述肘部伸展/弯曲机构和腕部内/外旋运动机构连接；所述上肢结构和手部结构之间则通过腕部伸展/弯曲机构连接。

2.根据权利要求1所述一种便携式上肢康复机器人，其特征在于所述手指结构是由手掌部分、大拇指弯曲/伸展机构和其他四个手指弯曲/伸展机构构成；所述大拇指弯曲/伸展机构和其他四个手指弯曲/伸展机构均与手掌部分连接，且通过手掌部分与腕部伸展/弯曲机构连接。

3.根据权利要求1所述一种便携式上肢康复机器人，其特征在于所述上肢结构是实现3个自由度康复训练动作的结构；所述手指结构中，大拇指是可实现2个自由度康复训练动作的结构，其他4个手指是分别可实现3个自由度康复训练动作的结构，即手指结构是可以实现14个自由度康复训练动作的结构。

4.根据权利要求1所述一种便携式上肢康复机器人，其特征在于所述肘部伸展/弯曲机构是由前臂弧形槽、上臂弧形槽、被动线轮、钢丝绳I、主动线轮、步进电机I、连接片、电机座构成；所述被动线轮和连接片通过螺钉与上臂弧形槽固定连接；所述前臂弧形槽有左右旋转轴的结构；所述被动线轮和连接片又分别与前臂弧形槽的左右旋转轴连接；所述步进电机通过电机座与前臂弧形槽固定连接，所述电机座通过螺钉紧固在前臂弧形槽上；所述主动线轮与步进电机I的电机轴紧密连接，并随着步进电机的转动而转动；所述被动线轮通过钢丝绳I与主动线轮相连。

5.根据权利要求1所述一种便携式上肢康复机器人，其特征在于所述腕部内/外旋运动机构由上臂延伸杆、步进电机III、主动齿轮II、从动齿圈构成；所述上臂延伸杆上有“T”型槽，通过“T”型槽与上臂弧形槽连接；所述上臂延伸杆与上臂弧形槽的连接可以根据不同的人进行范围调节，调整好范围后利用弹簧销紧固；所述步进电机III通过螺钉固定在上臂延伸杆上；所述主动齿轮II与步进电机III的电机轴紧密连接，并随着步进电机III的轴的转动而转动；所述从动齿圈与主动齿轮II啮合连接；所述上臂延伸杆上有凸出的滑盘；所述从动齿圈上有与凸出滑盘相配合的凹陷的滑槽；滑盘可以在滑槽内光滑运动，使从动齿圈与上臂延伸杆形成弧形滑轨连接。

6.根据权利要求1所述一种便携式上肢康复机器人，其特征在于所述腕部伸展/弯曲机构由主动齿轮I、从动齿轮轴、步进电机II、左联件和右联件构成；所述步进电机II通过销钉紧固在腕部内/外旋运动机构的从动齿圈上；所述主动齿轮I与步进电机II的电机轴紧密连接，并随电机轴的转动而转动，从动齿轮轴与主动齿轮I啮合连接，且又与腕部内/外旋运动机构中的从动齿圈连接；所述右联件通过销钉与从动齿轮轴连接，并可以随从动齿轮轴转动而转动；所述左联件通过转动销与腕部内/外旋运动机构的从动齿圈连接；所述左联件和右联件分别连接手掌部分的左右两边。

7.根据权利要求5所述一种便携式上肢康复机器人，其特征在于所述从动齿圈由齿圈、卡盘、挂耳构成；所述挂耳固定在卡盘上，分右挂耳和左挂耳；所述步进电机II则通过销钉紧固在从动齿圈的卡盘的右挂耳上；所述从动齿轮轴与主动齿轮I啮合连接，且又同时连接从动齿圈的卡盘的右挂耳；所述左联件通过转动销与从动齿圈的卡盘的左挂耳连接；

所述手掌部分的左右两边有插板；所述左联件和右联件上有插槽；所述手掌部分的左右两边的插板分别插在左联件和右联件的插槽中。

8.根据权利要求1所述一种便携式上肢康复机器人，其特征在于所述大拇指弯曲/伸展机构由后关节座I、中关节槽I、轮杆I、连杆I、步进电机IV和钢丝绳II组成；所述后关节座I依卡槽连接手掌部分；所述卡槽设置在手部；所述连杆I与轮杆I通过转动副连接，所述中关节槽I与连杆I和后关节座I分别通过两个转动副连接，形成一个可以实现大拇指伸展/弯曲的四连杆机构；所述步进电机IV通过螺钉固定在手掌部分上；所述便携式上肢康复机器人是由步进电机IV通过钢丝绳IIS1带动轮杆I旋转进而推动四连杆机构运动实现的；

所述其他四个手指弯曲/伸展机构有四组，分别掌管其余四指动作，分别是由后关节座II、中关节槽II、前关节槽、轮杆II、后齿轮杆、前齿轮杆、连杆II、步进电机V、钢丝绳III啮合齿轮I和啮合齿轮II组成；所述后关节座II与手掌部分上的卡槽紧密连接；所述中关节槽II通过转动副与后关节座II连接；所述前关节槽通过转动副与中关节槽II连接；所述轮杆II通过转动副与后关节座II连接；所述后齿轮杆的两端分别通过两个转动副与轮杆II和中关节槽II连接；所述前齿轮杆的两端分别通过两个转动副与中关节槽II和连杆II连接；所述连杆II的另一端与前关节槽通过转动副连接；所述后关节座II、轮杆II、后齿轮杆、中关节槽II形成后四连杆机构I；所述中关节槽II、前齿轮杆、连杆II、前关节槽形成前四连杆机构II；后四连杆机构I与前四连杆机构II通过一对啮合齿轮I和啮合齿轮II连接；所述啮合齿轮I 和后齿轮杆是一体的；所述啮合齿轮II和前齿轮杆是一体的；所述步进电机V通过螺钉固定在手掌部分上；其他四个手指的伸展/弯曲运动则通过被步进电机V通过钢丝绳III带动轮杆II旋转进而推动后四连杆机构I，再由一对8:5的啮合齿轮I和啮合齿轮II将运动传递给前四连杆机构II实现的。

9.一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)利用PTC-Creo三维软件建立静态便携式上肢康复机器人上肢结构和手部结构的组件模型，然后导出VRML的WRL格式文件，为了提高图形显示效果，转换后需要根据需求在LabVIEW程序中对调用的模型进行比例缩放；

(2)利用LabVIEW中3D Picture Control控件的子命令Transform Function的对象缩放命令对上肢结构和手部结构的组件进行比例缩放，在LabVIEW环境中缩放命令是将对象按X因子、Y因子、Z因子进行的比例缩放，所以在进行比例缩放时要对X因子、Y因子、Z因子进行相同的比例缩放倍数才不会导致缩放对象的失真，为了能够在显示面板上被清晰舒适地被观察到上肢结构和手部结构的组件，在LabVIEW环境中调用组件模型；

(3)利用3D Picture Control Toolkit的控制函数完成步骤(1)中的便携式上肢康复机器人三维模型进行装配；

(4)建立上肢结构和手部结构的组件之间的运动关系实现运动控制。根据组件的父子关系在LabVIEW中函数选板下的数值控件的中选择“转盘”旋钮类型，旋钮与SetRotation.vi的“角”接线端连接，而Set Rotation.vi的“场景对象”接线端与需要旋转的组件连接，这样就可以通过旋钮来实时控制便携式上肢康复机器人模型在虚拟环境中的运动，运动组件的运动角度可以在前面板上的数值显示控件中实时显示出来，从而实现便携式上肢康复机器人的数字仿真；

(5)利用LabVIEW的3D Picture Control Toolkit中的图形命令建立组件的图形特征，主要包括表面材质、观察视角、显示比例、图形位置，最终实现形象逼真的三维数字仿真。

10.根据权利要求9所述一种便携式上肢康复机器人的基于LabVIEW的数字仿真实现方法，其特征在于所述步骤(3)中对便携式上肢康复机器人三维模型进行装配过程，由以下步骤构成：

①在LabVIEW环境下，由于WRL格式的文件只能识别三维模型的三维空间直角坐标系，因此首先需要在上肢结构和手部结构的组件上建立坐标系，坐标系的一般建立在两个组件连接的位置，方便调用的时候装配；

②利用“创建路径”vi函数将上肢结构和手部结构的组件按名称索引调用到同LabVIEW环境中，例如要将前臂弧形槽M1调用到场景中，则需要将“创建路径”vi函数的索引字符串中写上“前臂弧形槽.wrl”；

③利用3D Picture Control Toolkit中的Read WRL file.vi函数和“添加对象”的调用节点将步骤(1)中得到的WRL文件，利用②的方法导入到LabVIEW的同一场景中；

④利用Refnum的参考机制按照步骤③建立上肢结构和手部结构的组件的参考关系，并根据其父子关系，父子关系是两个组件在调用装配时的相对关系，例如要将前臂弧形槽M1与被动线轮A1调用装配时，由于在运动时，被动线轮是绕着前臂弧形槽M1上的定轴旋转的，所以在“添加对象”的调用节点中前臂弧形槽M1位于上层称为父项，被动线轮A1位于下层称为子项，将上肢结构和手部结构的组件进行精确连接；

⑤最后让上肢结构和手部结构的组件在参考坐标系，一般以父项的坐标系为参考坐标系，下利用LabVIEW中的Translate Object.vi和Rotate Object.vi进行移动和旋转，最终实现精确装配。