CN118021577B - 一种柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于康复机械设备技术领域，具体涉及一种柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂及机器人。本发明包括肩部驱动机构、机架、绳索和机械臂外骨骼机构；肩部驱动机构安装在机架上，通过绳索与机械臂外骨骼机构进行连接；机械臂外骨骼机构包括大臂、小臂、手腕以及绳索，通过大臂肩部嵌套机构和大臂袖环实现肩部的三个自由度，其三个旋转轴线相交于肩关节内一点；大臂、小臂和手腕设计有尺寸调节机构，可以满足不同上肢尺寸的使用者；驱动电机分别安装在机架、大臂和腕关节处，分层驱动设计有利于降低绳索的相互耦合。该机械臂及机器人采用分层驱动方式通过绳索牵引上肢进行康复训练，具有控制难度低、柔性和人性化程度高的优点。

Description

一种柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂及机器人

技术领域

本发明属于康复机械设备技术领域，具体涉及一种柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂及机器人。

背景技术

近年来社会人口老龄化的加速，卒中危险因素流行趋势也愈加明显，卒中疾病负担日益增加，其中偏瘫就是卒中疾病的主要症状之一。偏瘫疾病会使患者逐渐失去运动能力，给患者带来很大的生理负担，进而给家庭造成经济压力。因此，可以对患者进行康复训练，使患者的运动能力得到恢复并达到能够自理的能力。

由于我国专业康复训练人员有限、人工康复训练效率低下、康复训练费用高昂，目前市面上已经出现多种上肢康复机械臂，但是其多数为刚性机械臂，容易对患者上肢造成二次伤害，并且不能满足不同患者在不同康复阶段的训练需求。因此，使康复机械臂可以满足不同患者的不同阶段康复训练需求以及提高在康复训练过程中的柔性已经成为非常必要的康复目的，同时提高患者康复训练的质量、康复训练的效率以及降低家庭和社会的负担也成为康复设备的必由之路。

现有技术中的上肢康复机械臂及机器人虽然能够实现患者的肩关节、肘关节和手腕的多功能运动，但是仍存在以下问题：

1、机器人多为刚性连接且电机直接全部放在关节处，在康复运动时容易对人体上肢产生刚性冲击，造成二次伤害；

2、不能根据不同的人体上肢尺寸进行调节，缺乏人性化；

3、康复训练轨迹单一，难以满足不同阶段的康复训练需求；

4、现有柔性机器人绳索在肩、肘、腕相互串接，耦合性强，控制难度大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中所存在的机械臂柔性不足、人性化不足、康复训练轨迹单一以及绳索耦合性强的缺陷，提供了一种满足不同患者的不同阶段康复训练需求的柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂及机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂及机器人，包括肩部驱动机构、机架、绳索以及机械臂外骨骼机构；所述肩部驱动机构与机架之间通过电机放置板连接；所述绳索缠绕在肩部驱动机构中的绕线轮上；所述绳索与机械臂外骨骼机构之间通过肩部绳索导向杆进行连接；其特征在于：所述机械臂外骨骼机构包括大臂部分、小臂部分、手腕部分、小臂绳索一以及小臂绳索二，相互连接构成一个串联机构；所述大臂部分与小臂部分之间通过肩肘连接件进行连接，小臂部分与手腕部分之间通过肘腕连接件进行连接，其中小臂绳索一缠绕在小臂电机一转轴上，穿过肘部绳索引导件与肘部绳索牵引杆一连接，小臂绳索二缠绕在小臂电机二转轴上，穿过肘部绳索导向杆与肘部绳索牵引杆二连接。

进一步地，所述大臂部分包括肩部嵌套机构、大臂袖环连接件、大臂袖环、大臂袖环连接板、大臂伸缩机构、肩肘连接件、肘部绳索引导件、小臂电机一以及小臂电机二；所述肩部嵌套机构与大臂袖环之间通过大臂袖环连接件进行连接，大臂袖环与肩肘连接件之间通过大臂袖环连接板进行滑动连接，大臂伸缩机构一端固定在大臂袖环上，另一端固定在肩肘连接件上，肘部绳索引导件固定在肩肘连接件上，小臂电机一以及小臂电机二则被电机固定件固定在肩部嵌套机构的肘部电机安装板上。

进一步地，所述肩部嵌套机构包括肩部固定件、肩部连杆一、肩部连杆二、肩部连杆三、肩部定位件以及肘部电机安装板；所述肩部固定件与机架上的固定杆一和固定杆二之间为固定连接，肩部连杆一一端与肩部固定件之间为固定连接，另一端与肩部连杆三为滑动连接，肩部连杆二一端与肩部固定件之间为固定连接，另一端与肩部连杆三为转动连接，肘部电机安装板与肩部连杆三之间为转动连接，肩部定位件与肘部电机安装板之间为固定连接。

进一步地，所述大臂袖环包括大臂袖环固定板一、大臂袖环固定板二、大臂袖环上夹板、大臂转动环、肩部绳索导向杆、大臂袖环下夹板以及肘部绳索导向杆；所述大臂袖环上夹板与大臂袖环下夹板之间通过大臂袖环固定板一与大臂袖环固定板二进行固定，大臂转动环处于大臂袖环上夹板与大臂袖环下夹板之间，可进行转动，肩部绳索导向杆与大臂转动环之间为固定连接，肘部绳索导向杆与大臂袖环上夹板之间为固定连接。

进一步地，所述大臂伸缩机构包括大臂袖环固定件、肩部伸缩筒以及肩部滑杆；所述大臂袖环固定件与大臂袖环上夹板和大臂袖环下夹板之间为固定连接，肩部伸缩筒与大臂袖环固定件之间为固定连接，肩部滑杆与肩部伸缩筒之间为滑动连接。

进一步地，所述绳索为无弹性的柔性抗拉绳索，四根绳索的一端分别缠绕在肩部驱动机构的绕线轮上，另一端固定在机械臂外骨骼机构的肩部绳索导向杆上，构成肩部牵引并联机构，用于牵引机械臂外骨骼机构进行相应的运动。

进一步地，所述小臂部分包括小臂袖环固定杆、小臂袖环、肘部绳索牵引杆一、肘部伸缩筒、肘部滑杆、肘部绳索牵引杆二、腕部电机一以及腕部电机二；所述小臂袖环固定杆与肩肘连接件之间为转动连接，小臂袖环与小臂袖环固定杆之间为固定连接，肘部绳索牵引杆一和肘部绳索牵引杆二与小臂袖环之间为固定连接，肘部伸缩筒与小臂袖环固定杆之间为固定连接，肘部滑杆与肘部伸缩筒之间为滑动连接，腕部电机一和腕部电机二与肘部滑杆之间为固定连接。

进一步地，所述手腕部分包括肘腕连接件、轴承、手腕尺寸调节件以及手握杆；所述肘腕连接件与肘部滑杆之间通过轴承进行转动连接，手腕尺寸调节件与肘腕连接件之间为固定连接，所述手握杆与所述手腕尺寸调节件连接，安装位置可进行相应的调节。

进一步地，所述肩部驱动机构包括驱动电机一、电机固定件、绕线轮、五连杆、绕线轮支撑架、五连杆上用于连接各个杆件的铰接件以及驱动电机二；所述电机固定件将驱动电机一和驱动电机二固定在电机放置板上，五连杆固定在驱动电机一和驱动电机二的转轴上，五连杆的各个杆件之间通过铰接件进行连接，绕线轮支撑架固定在电机放置板上，绕线轮与绕线轮支撑架之间为转动连接，五连杆与绕线轮之间为偏心转动连接。

进一步地，所述肩部驱动机构的数量为四个，分别安装在机架的两侧且位于机械臂外骨骼机构的上方。

更进一步地，所述机架包括电机放置板、用于支撑整个机械臂的矩形型材一、用于支撑机械臂外骨骼机构的角型材、四个脚座、连接机械臂外骨骼机构的固定杆一和固定杆二以及用于支撑机械臂外骨骼机构的矩形型材二；所述四个脚座与支撑整个机械臂的矩形型材一之间通过焊接固定，角型材与矩形型材一之间固定连接，电机放置板与角型材之间固定连接，固定杆二与垂直放置在角型材上的矩形型材二之间固定连接，固定杆一与固定杆二之间为固定连接。

本发明的一种柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂及机器人的有益效果是：

1、本发明通过绳索牵引机械臂外骨骼机构进而带动人体上肢进行康复训练，由于人体上肢肩关节近似球铰结构，故采用三个连杆的相互嵌套实现肩关节的两个自由度，即前屈/后伸和外展/内收，采用可旋转的袖环实现旋内/旋外自由度。这样设计肩关节机构使人体上肢在进行康复运动时，肩关节的三个自由度轴线一直处于相交状态，更加符合人体肩关节的运动规律，且采用绳索进行牵引驱动提高了机械臂的柔性，在康复运动过程中避免了运动惯性对人体上肢造成的刚性冲击。

2、本发明在机械臂外骨骼机构的大臂部分、小臂部分以及手腕部分分别设计了尺寸调节机构，使用者可以根据自己的大臂、小臂和手掌的尺寸调节机械臂外骨骼机构的尺寸，同时该康复机械臂及机器人还可以适配市面上不同的可调节座椅，使用者可以根据自己的身高进行调节。该设计满足了不同使用者身高比例不同以及上肢尺寸不同的情况，同时满足不同患者对座椅的要求，提高了康复机械臂及机器人的人性化和应用广泛性。

3、本发明通过电机控制绳索的长度以及通过电机的扭矩提供绳索上的力，带动人体上肢进行相应的康复训练，该康复机械臂及机器人可以根据不同的康复训练轨迹对电机的输入参数进行控制，进而输出相应的力矩，通过绳索带动机械臂外骨骼机构进行给定的康复轨迹的运动。该设计可以充分考虑不同康复阶段的使用者对康复轨迹的不同需求，提高了轨迹的多样化。

4、本发明将驱动机构进行分层布置，有利于降低康复机械臂及机器人的绳索耦合性。由于肩部需要承受整个的机械臂外骨骼和人体上肢的重量，这就需要把电机放到机架上进行减重；肘部只需要承受小臂和手部的重量，将电机放到大臂位置可以有效地避免当大臂运动时，小臂绳索与大臂绳索产生的绳索耦合现象，降低控制难度；腕部只需承受手部的重量，则直接用电机驱动。该设计可以有效的降低康复运动时绳索产生的耦合，降低控制难度。

5、本发明整体采用穿戴式结构并且设计有人体上肢定位件，利用魔术贴、绑带和定位件使人体上肢与袖环的轴线相重合，使训练过程更符合人体上肢的运动规律，还能抵消在康复训练时机构对人体上肢产生的纵向力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的机器人的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的肩部驱动机构的结构示意图；

图3是本发明实施例的机架的结构示意图；

图4是本发明实施例的机械臂外骨骼机构的结构示意图；

图5是本发明实施例的大臂的结构示意图；

图6是本发明实施例的机械臂外骨骼机构的部分结构示意图；

图7是本发明实施例的肩部嵌套机构的结构示意图；

图8是本发明实施例的大臂袖环的结构示意图；

图9是本发明实施例的大臂伸缩机构的结构示意图；

图10是本发明实施例的小臂的结构示意图；

图11是本发明实施例的手腕的结构示意图。

图中：1、肩部驱动机构，11、驱动电机一，12、电机固定件，13、绕线轮，14、五连杆，15、绕线轮支撑架，16、铰接件，17、驱动电机二，2、机架，21、电机放置板，22、矩形型材一，23、角型材，24、脚座，25、固定杆一，26、固定杆二，27、矩形型材二，3、绳索，4、机械臂外骨骼机构，41、大臂，411、肩部嵌套机构，4111、肩部固定件，4112、肩部连杆一，4113、肩部连杆二，4114、肩部连杆三，4115、肩部定位件，4116、肘部电机安装板，412、大臂袖环连接件，413、大臂袖环，4131、大臂袖环固定板一，4132、大臂袖环固定板二，4133、大臂袖环上夹板，4134、大臂转动环，4135、肩部绳索导向杆，4136、大臂袖环下夹板，4137、肘部绳索导向杆，414、大臂袖环连接板，415、大臂伸缩机构，4151、大臂袖环固定件，4152、肩部伸缩筒，4153、肩部滑杆，416、肩肘连接件，417、肘部绳索引导件，418、小臂电机一，419、小臂电机二，42、小臂，421、小臂袖环固定杆，422、小臂袖环，423、肘部绳索牵引杆一，424、肘部伸缩筒，425、肘部滑杆，426、肘部绳索牵引杆二，427、腕部电机一，428、腕部电机二，43、手腕，431、肘腕连接件，432、轴承，433、手腕尺寸调节件，434、手握杆，44、小臂绳索一，45、小臂绳索二。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“固定”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1-图11所示的本发明的柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂及机器人的具体实施例，包括机架2、安装在机架2上的肩部驱动机构1、缠绕在肩部驱动机构1上的绳索3、连接在绳索3上的机械臂外骨骼机构4。

如图1、图2和图3所示的肩部驱动机构1包括驱动电机一11、电机固定件12、绕线轮13、五连杆14、绕线轮支撑架15、五连杆14上用于连接各个杆件的铰接件16以及驱动电机二17；电机固定件12将驱动电机一11和驱动电机二17固定在电机放置板21上，五连杆14固定在驱动电机一11和驱动电机二17的转轴上，五连杆14的各个杆件之间通过铰接件16进行连接，绕线轮支撑架15固定在电机放置板21上，绕线轮13与绕线轮支撑架15之间为转动连接，五连杆14与绕线轮13之间为偏心转动连接。

肩部驱动机构1的驱动电机一11和驱动电机二17分别为伺服电机和常速电机，其中常速电机主要的作用为提供动力，伺服电机的主要作用为进行精确控制，五连杆14固定在驱动电机一11和驱动电机二17的转轴上，通过驱动电机一11和驱动电机二17输出的扭矩，带动五连杆14进行运动，五连杆14与绕线轮13之间为偏心转动连接，五连杆14带动绕线轮13转动相应的角度，改变绳索3的长度，同时使驱动电机一11和驱动电机二17输出的扭矩传递到绳索3上，实现了对绳索3的精确控制，使康复机械臂及机器人的安全性得到很大提升。

如图1和图3所示的机架2包括电机放置板21、用于支撑整个机械臂的矩形型材一22、用于支撑机械臂外骨骼机构4的角型材23、四个脚座24、连接机械臂外骨骼机构4的固定杆一25和固定杆二26以及用于支撑机械臂外骨骼机构4的矩形型材二27；四个脚座24与支撑整个机械臂的矩形型材一22之间通过焊接固定，角型材23与矩形型材一22之间固定连接，电机放置板21与角型材23之间固定连接，固定杆二26与垂直放置在角型材23上的矩形型材二27之间固定连接，固定杆一25与固定杆二26之间为固定连接。

机架2作为整个康复机械臂及机器人的核心承载机构，它的材料应选择具有低密度、质量轻、方便加工、具有高承载力优点的材料。

如图1、图4和图8所示的绳索3为无弹性的柔性抗拉绳索，四根绳索3的一端分别缠绕在肩部驱动机构1的绕线轮13上，另一端固定在机械臂外骨骼机构4的肩部绳索导向杆4135上，构成肩部牵引并联机构，用于牵引机械臂外骨骼机构4进行相应的运动，绳索3作为驱动机构和机械臂外骨骼机构4的连接物，绳索3的性能极为重要，选择无弹性的柔性材料更加符合康复机械臂的设计要求。

如图4、图5、图6、图8、图10和图11所示的机械臂外骨骼机构4包括大臂41部分、小臂42部分、手腕43部分、小臂绳索一44以及小臂绳索二45，相互连接构成一个串联机构；大臂41部分与小臂42部分之间通过肩肘连接件416进行连接，连接处装有轴承432，可以实现肘部的前屈/后伸自由度，小臂42部分与手腕43部分之间通过肘腕连接件431进行连接，连接处装有轴承432，可以实现腕部的前屈/后伸自由度，其中小臂绳索一44缠绕在小臂电机一418转轴上，穿过肘部绳索引导件417与肘部绳索牵引杆一423连接，小臂绳索二45缠绕在小臂电机二419转轴上，穿过肘部绳索导向杆4137与肘部绳索牵引杆二426连接。

如图4、图5和图6所示的大臂41部分包括肩部嵌套机构411、大臂袖环连接件412、大臂袖环413、大臂袖环连接板414、大臂伸缩机构415、肩肘连接件416、肘部绳索引导件417、小臂电机一418以及小臂电机二419；肩部嵌套机构411与大臂袖环413之间通过大臂袖环连接件412进行连接，大臂袖环413与肩肘连接件416之间通过大臂袖环连接板414进行滑动连接，大臂伸缩机构415一端固定在大臂袖环413上，另一端固定在肩肘连接件416上，肘部绳索引导件417固定在肩肘连接件416上，小臂电机一418以及小臂电机二419则被电机固定件12固定在肩部嵌套机构411的肘部电机安装板4116上，构成了整个人体上肢大臂41的外骨骼机构。

如图3、图7所示的肩部嵌套机构411包括肩部固定件4111、肩部连杆一4112、肩部连杆二4113、肩部连杆三4114、肩部定位件4115以及肘部电机安装板4116；肩部固定件4111与机架2上的固定杆一25和固定杆二26之间为固定连接，肩部连杆一4112一端与肩部固定件4111之间为固定连接，另一端与肩部连杆三4114为滑动连接，肩部连杆二4113一端与肩部固定件4111之间为固定连接，另一端与肩部连杆三4114为转动连接，肘部电机安装板4116与肩部连杆三4114之间为转动连接，肩部定位件4115与肘部电机安装板4116之间为固定连接。

肩部嵌套机构411通过肩部连杆一4112、肩部连杆二4113和肩部连杆三4114的相互嵌套实现了肩关节的前屈/后伸、外展/内收两个自由度，三个连杆的转动轴线交于一点，十分近似人体上肢肩部的构造，更加符合人体上肢的运动特征。

如图4和图8所示的大臂袖环413包括大臂袖环固定板一4131、大臂袖环固定板二4132、大臂袖环上夹板4133、大臂转动环4134、肩部绳索导向杆4135、大臂袖环下夹板4136以及肘部绳索导向杆4137；大臂袖环上夹板4133与大臂袖环下夹板4136之间通过大臂袖环固定板一4131与大臂袖环固定板二4132进行固定，大臂转动环4134处于大臂袖环上夹板4133与大臂袖环下夹板4136之间，可进行转动，肩部绳索导向杆4135与大臂转动环4134之间为固定连接，肘部绳索导向杆4137与大臂袖环上夹板4133之间为固定连接。

大臂袖环413通过大臂袖环上夹板4133、大臂转动环4134和大臂袖环下夹板4136的组合，实现了肩关节的旋内/旋外自由度。在人体上肢大臂41的康复训练过程中其旋转轴线始终与肩关节前屈/后伸、外展/内收两个自由度的旋转轴线相交于肩关节内一点。大臂41的旋内/旋外自由度由绳索3通过连接肩部绳索导向杆4135牵引大臂41进行实现。在康复训练中，绳索3的绳长不断变化，可以产生驱动大臂41旋转的扭矩。

如图7、图8所示的肩部嵌套机构411与大臂袖环413共同实现了肩部的三个自由度，人体上肢肩部的构造类似于一个球铰结构，通过肩部连杆一4112、肩部连杆二4113、肩部连杆三4114以及大臂转动环4134共同实现了人体上肢肩关节和机构的运动对照，使肩关节三个自由度的轴线交与一点，更加符合人体上肢肩关节的运动状态。

如图9所示的大臂伸缩机构415包括大臂袖环固定件4151、肩部伸缩筒4152以及肩部滑杆4153；大臂袖环固定件4151与大臂袖环上夹板4133和大臂袖环下夹板4136之间为固定连接，肩部伸缩筒4152与大臂袖环固定件4151之间为固定连接，肩部滑杆4153与肩部伸缩筒4152之间为滑动连接。

大臂伸缩机构415的长度调节功能主要由肩部伸缩筒4152和肩部滑杆4153实现，通过控制肩部伸缩筒4152和肩部滑杆4153实现对使用者人体上肢大臂不同尺寸的调节，从而适用不同大臂长度的使用者。

如图10所示的小臂42部分包括小臂袖环固定杆421、小臂袖环422、肘部绳索牵引杆一423、肘部伸缩筒424、肘部滑杆425、肘部绳索牵引杆二426、腕部电机一427以及腕部电机二428；小臂袖环固定杆421与肩肘连接件416之间为转动连接，小臂袖环422与小臂袖环固定杆421之间为固定连接，肘部绳索牵引杆一423和肘部绳索牵引杆二426与小臂袖环422之间为固定连接，肘部伸缩筒424与小臂袖环固定杆421之间为固定连接，肘部滑杆425与肘部伸缩筒424之间为滑动连接，腕部电机一427和腕部电机二428与肘部滑杆425之间为固定连接。

小臂42的长度调节功能主要由肘部伸缩筒424和肘部滑杆425实现，通过控制肘部伸缩筒424和肘部滑杆425实现对使用者人体上肢小臂不同尺寸的调节，从而适用不同小臂长度的使用者。

如图11所示的手腕43部分包括肘腕连接件431、轴承432、手腕尺寸调节件433以及手握杆434；肘腕连接件431与肘部滑杆425之间通过轴承432进行转动连接，手腕尺寸调节件433与肘腕连接件431之间为固定连接，手握杆434与所述手腕尺寸调节件433连接，安装位置可进行相应的调节。

手腕43的长度调节功能通过手握杆434和手腕尺寸调节件433进行调节，实现对使用者人体上肢手部不同尺寸的调节，从而适用不同手部长度的使用者。

如图1-图11所示的驱动电机一11、驱动电机二17、小臂电机一418、小臂电机二419、腕部电机一427和腕部电机二428的安装位置采用分层布置的形式，其中驱动大臂41的驱动电机一11和驱动电机二17安装在机架2上，驱动小臂42的小臂电机一418和小臂电机二419安装在大臂41的肘部电机安装板4116上，驱动手腕43的腕部电机一427和腕部电机二428安装在小臂42的肘部滑杆425上，这种分层驱动的方式极大的降低了绳索3的耦合性，同时实现机械臂轻量化的要求。

在材料的选择上该上肢康复机械臂及机器人的机架2采用可以避免那些难以回收、降解的材料，转而选用比如铝型材这种常见且易回收的材料，这样极大的避免了对环境的污染；该上肢康复机械臂及机器人的机械臂外骨骼机构4采用轻量化、可降解、易回收的材料，如可回收的3D打印材料等，满足机械臂轻量化的目的。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂，包括肩部驱动机构(1)、机架(2)、绳索(3)以及机械臂外骨骼机构(4)；所述肩部驱动机构(1)与机架(2)之间通过电机放置板(21)连接；所述绳索(3)缠绕在肩部驱动机构(1)中的绕线轮(13)上；所述绳索(3)与机械臂外骨骼机构(4)之间通过肩部绳索导向杆(4135)进行连接；其特征在于：所述机械臂外骨骼机构(4)包括大臂(41)部分、小臂(42)部分、手腕(43)部分、小臂绳索一(44)以及小臂绳索二(45)，相互连接构成一个串联机构；所述大臂(41)部分与小臂(42)部分之间通过肩肘连接件(416)进行连接，小臂(42)部分与手腕(43)部分之间通过肘腕连接件(431)进行连接，其中小臂绳索一(44)缠绕在小臂电机一(418)转轴上，穿过肘部绳索引导件(417)与肘部绳索牵引杆一(423)连接，小臂绳索二(45)缠绕在小臂电机二(419)转轴上，穿过肘部绳索导向杆(4137)与肘部绳索牵引杆二(426)连接；所述大臂(41)部分包括肩部嵌套机构(411)、大臂袖环连接件(412)、大臂袖环(413)、大臂袖环连接板(414)、大臂伸缩机构(415)、肩肘连接件(416)、肘部绳索引导件(417)、小臂电机一(418)以及小臂电机二(419)；所述肩部嵌套机构(411)与大臂袖环(413)之间通过大臂袖环连接件(412)进行连接，大臂袖环(413)与肩肘连接件(416)之间通过大臂袖环连接板(414)进行滑动连接，大臂伸缩机构(415)一端固定在大臂袖环(413)上，另一端固定在肩肘连接件(416)上，肘部绳索引导件(417)固定在肩肘连接件(416)上，小臂电机一(418)以及小臂电机二(419)则被电机固定件(12)固定在肩部嵌套机构(411)的肘部电机安装板(4116)上；所述肩部嵌套机构(411)包括肩部固定件(4111)、肩部连杆一(4112)、肩部连杆二(4113)、肩部连杆三(4114)、肩部定位件(4115)以及肘部电机安装板(4116)；所述肩部固定件(4111)与机架(2)上的固定杆一(25)和固定杆二(26)之间为固定连接，肩部连杆一(4112)一端与肩部固定件(4111)之间为固定连接，另一端与肩部连杆三(4114)为滑动连接，肩部连杆二(4113)一端与肩部固定件(4111)之间为固定连接，另一端与肩部连杆三(4114)为转动连接，肘部电机安装板(4116)与肩部连杆三(4114)之间为转动连接，肩部定位件(4115)与肘部电机安装板(4116)之间为固定连接；所述大臂袖环(413)包括大臂袖环固定板一(4131)、大臂袖环固定板二(4132)、大臂袖环上夹板(4133)、大臂转动环(4134)、肩部绳索导向杆(4135)、大臂袖环下夹板(4136)以及肘部绳索导向杆(4137)；所述大臂袖环上夹板(4133)与大臂袖环下夹板(4136)之间通过大臂袖环固定板一(4131)与大臂袖环固定板二(4132)进行固定，大臂转动环(4134)处于大臂袖环上夹板(4133)与大臂袖环下夹板(4136)之间，可进行转动，肩部绳索导向杆(4135)与大臂转动环(4134)之间为固定连接，肘部绳索导向杆(4137)与大臂袖环上夹板(4133)之间为固定连接；所述大臂伸缩机构(415)包括大臂袖环固定件(4151)、肩部伸缩筒(4152)以及肩部滑杆(4153)；所述大臂袖环固定件(4151)与大臂袖环上夹板(4133)和大臂袖环下夹板(4136)之间为固定连接，肩部伸缩筒(4152)与大臂袖环固定件(4151)之间为固定连接，肩部滑杆(4153)与肩部伸缩筒(4152)之间为滑动连接。

2.根据权利要求1所述的柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂，其特征在于：所述绳索(3)为无弹性的柔性抗拉绳索，四根绳索(3)的一端分别缠绕在肩部驱动机构(1)的绕线轮(13)上，另一端固定在机械臂外骨骼机构(4)的肩部绳索导向杆(4135)上，构成肩部牵引并联机构，用于牵引机械臂外骨骼机构(4)进行相应的运动。

3.根据权利要求1所述的柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂，其特征在于：所述小臂(42)部分包括小臂袖环固定杆(421)、小臂袖环(422)、肘部绳索牵引杆一(423)、肘部伸缩筒(424)、肘部滑杆(425)、肘部绳索牵引杆二(426)、腕部电机一(427)以及腕部电机二(428)；所述小臂袖环固定杆(421)与肩肘连接件(416)之间为转动连接，小臂袖环(422)与小臂袖环固定杆(421)之间为固定连接，肘部绳索牵引杆一(423)和肘部绳索牵引杆二(426)与小臂袖环(422)之间为固定连接，肘部伸缩筒(424)与小臂袖环固定杆(421)之间为固定连接，肘部滑杆(425)与肘部伸缩筒(424)之间为滑动连接，腕部电机一(427)和腕部电机二(428)与肘部滑杆(425)之间为固定连接。

4.根据权利要求1所述的柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂，其特征在于：所述手腕(43)部分包括肘腕连接件(431)、轴承(432)、手腕尺寸调节件(433)以及手握杆(434)；所述肘腕连接件(431)与肘部滑杆(425)之间通过轴承(432)进行转动连接，手腕尺寸调节件(433)与肘腕连接件(431)之间为固定连接，所述手握杆(434)与所述手腕尺寸调节件(433)连接，安装位置可进行相应的调节。

5.根据权利要求1所述的柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂，其特征在于：所述肩部驱动机构(1)包括驱动电机一(11)、电机固定件(12)、绕线轮(13)、五连杆(14)、绕线轮支撑架(15)、五连杆(14)上用于连接各个杆件的铰接件(16)以及驱动电机二(17)；所述电机固定件(12)将驱动电机一(11)和驱动电机二(17)固定在电机放置板(21)上，五连杆(14)固定在驱动电机一(11)和驱动电机二(17)的转轴上，五连杆(14)的各个杆件之间通过铰接件(16)进行连接，绕线轮支撑架(15)固定在电机放置板(21)上，绕线轮(13)与绕线轮支撑架(15)之间为转动连接，五连杆(14)与绕线轮(13)之间为偏心转动连接。

6.根据权利要求5所述的柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂，其特征在于：所述肩部驱动机构(1)的数量为四个，分别安装在机架(2)的两侧且位于机械臂外骨骼机构(4)的上方。

7.根据权利要求1所述的柔性混合分层驱动的上肢康复机械臂，其特征在于：所述机架(2)包括电机放置板(21)、用于支撑整个机械臂的矩形型材一(22)、用于支撑机械臂外骨骼机构(4)的角型材(23)、四个脚座(24)、连接机械臂外骨骼机构(4)的固定杆一(25)和固定杆二(26)以及用于支撑机械臂外骨骼机构(4)的矩形型材二(27)；所述四个脚座(24)与支撑整个机械臂的矩形型材一(22)之间通过焊接固定，角型材(23)与矩形型材一(22)之间固定连接，电机放置板(21)与角型材(23)之间固定连接，固定杆二(26)与垂直放置在角型材(23)上的矩形型材二(27)之间固定连接，固定杆一(25)与固定杆二(26)之间为固定连接。