接下来了解一下外骨骼式机器人的设计草图，如图9所示。

图9 外骨骼式机器人草图

在设计外骨骼康复机器人时，为满足患者的实际需求，以及出于安全角度的考虑，设计人体肘关节的伸展角度最大为150°，肩关节的伸展角度为-60°至180°，手腕内旋/外旋角度为-90°至90°。值得注意的是，设计机器人时，机器人的肘关节活动角度控制在120°之内。

在材料选择上，选择的是密度小的材料，目的是为了减轻自身的整体重量，所以主体会采用铝合金材料，而传动连接部分会选择有机树脂材料，紧固件会选择尼龙材料，这样的轻质材料不会给病人过多负担。

这里的传动方式选择，与末端导引式机器人选择有所不同，因为肩部、肘部、腕部自由度不同，所以各个位置的传动方式都不一样。总体设计如图10，这样设计，肩部可以绕轴运动，同时重量不会超重，结构还紧凑，布局就比较合理了。

图10 上肢外骨骼机器人设计方案

因为机器人是用于康复训练，与病患直接接触，所以在设计时，结构应该尽可能简单，质量尽可能轻便，携带尽可能便携，最好能实现在家中康复的目的。故此装置的驱动方式在之前三种方式中选择电机驱动。由电机产生驱动动力，电能转换为动能来带动整个机构运动。这样的话控制方便、位置精度高，容易检测信号。但是值得注意的是，交流电机发生转向时容易烧坏电机，就会存在在进行康复训练时，无法完成某些动作，导致机器卡死的问题，在设计时也应考虑进去。

3.2方案确定

末端导引式机器人结构上较为复杂，另外体积较之外骨骼康复机器人庞大的多。虽然前者在运动空间上比后者大出许多，也能自己调节位置什么的，但是相应的，运动模式固定，只能限制于三根轴上的运动。要知道，人体上肢的运动情况是比较复杂的，光是一个肩部就有三个自由度，更别提手腕，甚至是手指部分了。

另外在使用时，末端导引式机器人并不能与病人的身体完全的贴合，而外骨骼式机器人是病患将其直接穿在身上的，与身体正确贴合，赢在起点。有一些动作在我们使用末端导引式机器人时，没有病情的正常人都做不出来，更别提上肢受伤需要康复的脑中卒病人了。

外骨骼式机器人在选用了正确的材料后，重量可以大大减轻，甚至可以做到将其直接背在背部，在便携性，安全性上就领先末端导引式了。因为是直接穿在身上的，所以可以高度贴合模仿人类上肢的运动动作，在这样的机械辅助的情况下对中风偏瘫病人进行上肢康复训练，训练效果不言而喻，自然是极好的。

若是再将一些高新科技与之相结合，如虚拟现实技术，人机交互技术，这样的话病患在康复训练期间也不会感到无聊，训练效果反而事半功倍。

4.毕业设计内容

外骨骼康复机器人主要是应用于医疗康复领域，它的主要功能则是辅助患者对上肢及手部进行康复训练，最终使患者能够独立完成一些基本的生理动作(例如喝水，抓取物品等)。

在本次课题的设计过程中，首先要基于人体上肢的运动原理，对于外骨骼康复机器人的上肢进行结构设计，并说明在设计时要采取的安全措施；

其次，需要对康复机器人上肢进行运动学分析，其中则包括了机器人运动学模型的建立，运动学的正分析与逆分析；

最后，通过软件的仿真模块对外骨骼康复机器人上肢进行运动仿真，有限元分析等，并得到肘关节和腕关节的位置、速度和加速度曲线。

具体的内容如下：

（1）外骨骼康复机器人上肢方案设计；

（2）外骨骼康复机器人上肢零件设计；