本发明属于绳驱动机器人，具体涉及一种绳驱动上肢康复机器人及其控制方法。
背景技术：
1、早期的中风康复治疗主要依赖于理疗师，他们通过一些简单的康复运动帮助患者维持基本的肌肉功能，防止肌肉萎缩，目前的训练方式主要基于连续被动活动理论，理疗师或者康复医师通过对具有运动障碍的上肢进行连续的被动运动达到康复训练的目的，一般来说，这个过程需要对患者上肢进行重复性的缓慢且具有重复性的动作，但面对庞大的患者群体，理疗师的数量十分短缺，且这种人工训练的方式增加了理疗师的劳动强度，同时也占用了大量社会资源。将机器人应用到患者上肢康复的过程中，辅助或替代康复医师进行康复训练，可以有效降低医师的工作强度，提高康复效果，是未来康复医学的一个重要发展方向。
2、现有的上肢康复机器人，直接通过关节电机输出驱动力矩，驱动过于刚性，与人体相对柔性的驱动需求相悖，同时现有的上肢康复机器人的驱动方式设置在对应的康复臂上，造成机械臂的总体重量较大、电机需要承担自重以及下一电机的重量，造成电机旋转负担，使得机械臂具有较大的动惯性，影响电机及机械臂的使用寿命和使用稳定性。
技术实现思路
1、本发明的目的是克服现有技术中存在的康复机械臂刚性转动，不符合人体柔性驱动的要求，且动惯性较大的缺陷，提供了一种柔性传动、动惯性较小且传动精度较高的绳驱动上肢康复机器人及其控制方法。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、作为第一个方面，一种绳驱动上肢康复机器人，包括康复机架、对称安装在所述康复机架上的康复安装模块以及安装在所述康复安装模块上的外骨骼康复臂；
4、所述外骨骼康复臂包括安装在所述康复安装模块内的多个远端驱动模组和依次与所述康复安装模块转动连接的肩关节外展/内收康复机构、肩关节内侧/外侧康复机构、肩关节屈曲/伸展康复机构、大臂康复机构、肘关节康复机构以及小臂康复机构；所述肩关节外展/内收康复机构、肩关节内侧/外侧康复机构、肩关节屈曲/伸展康复机构均采用绳驱组件与对应的远端驱动模组驱动连接；所述绳驱组件包括第一惰轮、驱动导向轮组、第二惰轮以及钢丝绳；
5、三个所述绳驱组件的第一惰轮分别安装在所述康复安装模块、肩关节外展/内收康复机构、肩关节内侧/外侧康复机构上；三个所述绳驱组件的导向轮分别安装在肩关节外展/内收康复机构、肩关节内侧/外侧康复机构、肩关节屈曲/伸展康复机构的旋转轴线上；三个所述第二惰轮分别安装在所述肩关节外展/内收康复机构、肩关节内侧/外侧康复机构、大臂康复机构上；一个所述绳驱组件的钢丝绳一端与对应的远端驱动模组输出端连接，另一端依次绕过对应的所述第一惰轮、驱动导向轮组、第二惰轮、驱动导向轮组、第一惰轮回至所述远端驱动模组的输出端。
6、进一步地，所述驱动导向轮组包括：
7、一个驱动轮，与对应的远端驱动模组的输出端通过钢丝绳传动连接；
8、多个导向轮，与所述驱动轮同轴堆叠设置，用于为其他钢丝绳导向；
9、一个所述绳驱组件的钢丝绳在所述第一惰轮、驱动轮以及第二惰轮上的往复线路交叉设置，所述第一惰轮的直径d1和第二惰轮的直径d2相同，对应的所述驱动轮的直径d大于所述第一惰轮的直径；
10、在使用时，所述肩关节内侧/外侧康复机构、肩关节屈曲/伸展康复机构对应的绳驱组件的钢丝绳均绕过在前的绳驱组件。
11、进一步地，还包括与所述远端驱动模组一一对应设置的张紧组件；所述张紧组件包括：
12、张紧板，固定安装在所述康复安装模块内部；
13、两个张紧轮组，两张紧轮组沿x轴对称安装在所述张紧板上；其中，两个张紧轮组分别为去路张紧轮组和回路张紧轮组。
14、进一步地，所述张紧轮组包括设置在所述张紧板上的第一张紧轮和第二张紧轮、沿y轴方向开设在所述张紧板上的滑动长槽、与所述滑动长槽滑动设置的第三张紧轮组件；
15、所述第一张紧轮和所述第二张紧轮的转动中心连线与所述滑动长槽的延伸方向垂直；使用时，一根所述钢丝绳依次绕过对应的第一张紧轮、第三张紧轮组件以及第二张紧轮。
16、进一步地，所述肘关节康复机构包括安装在所述康复安装模块上的肘关节远端驱动电机、与所述肘关节远端驱动电机的输出轴同轴设置的肘关节主动轮、与所述肘关节主动轮通过肘关节驱动绳传动连接的肘关节驱动轮；
17、所述肘关节驱动轮安装在所述大臂康复机构上，且所述肘关节驱动轮的转动轴线与人体肘关节的转动轴线重合。
18、进一步地，所述大臂康复机构包括与所述肩关节屈曲/伸展康复机构的惰轮同轴设置的大臂连接板、通过上臂长度调节组件与所述大臂连接板滑动设置的调节板；所述肘关节驱动轮安装在所述调节板上；
19、所述上臂长度调节组件包括：
20、安装在所述大臂连接板上的丝杆和与所述丝杆配合连接的滑块；
21、两个调节动滑轮，对称安装在所述滑块的两侧；
22、两个调节滑轨，对称设置在所述大臂安装板上且与所述滑块的移动方向平行，两个所述调节滑轨分别与两个所述调节动滑轮一一配合安装；
23、至少两个调节定滑轮，对称安装在所述大臂连接板的边缘；所述调节动滑轮与对应的调节定滑轮的线槽相切；
24、手动旋钮，安装在所述丝杆的一端，用于手动旋拧丝杆；
25、所述肘关节驱动绳从所述肘关节主动轮出发依次绕过所述丝杆一侧的调节定滑轮、调节动滑轮，绕过所述肘关节驱动轮后，再依次绕过另一侧的调节动滑轮、调节定滑轮回至所述肘关节主动轮。
26、进一步地，所述康复机架包括四个升降腿、安装在所述升降腿上的支撑板、安装在所述支撑板上用于调节两所述康复安装模块水平方向上距离的横向移动模组以及滑动设置在所述横向移动模组上用于对所述康复安装模块进行高度调节的纵向调节模组；
27、所述支撑板延伸至所述外骨骼康复臂的下方，用于给患者提供座板。
28、进一步地，所述纵向调节模组包括两组，两康复安装模块分别与两所述纵向调节模组一一对应；
29、所述纵向调节模组包括设置在所述康复安装模块两侧的至少两个调节组件；所述调节组件包括固定设置在所述横向移动模组移动端上的竖直调节杆、固定安装在所述康复安装模块上的调节套、开设在所述竖直调节杆和所述调节套上的若干调节孔以及穿设在所述调节孔上的固定销；其中，
30、所述调节套固定设置在所述康复安装模块上，且套设在所述竖直调节杆的外侧，所述调节套上的调节孔与所述竖直调节杆上的调节孔对应配合。
31、进一步地，所述小臂康复机构包括与所述调节板通过肘关节康复机构转动连接的小臂连接板；所述大臂连接板与所述小臂连接板上均安装有用于固定患者手臂的紧固组件。
32、作为第二个方面，基于上述绳驱动上肢康复机器人的控制方法，包括以下步骤：
33、s1.选定基础训练模式，所述基础训练模式包括单臂训练模式、双臂训练模式；
34、s2.适应性调节，即根据患者的身高、肩宽以及手臂长度对机器人进行适应性调整；
35、s3.康复训练模式设定，所述康复训练模式包括肩关节外展/内收康复、肩关节内侧/外侧康复、肩关节屈曲/伸展康复以及肘关节屈曲/伸展康复；
36、s4.康复训练操作，即根据步骤s3中选定的康复训训练模式启动相应的远端驱动模组，通过绳驱组件传动，对患者进行康复训练；
37、s5.训练完成后，控制外骨骼康复臂初始化操作。
38、本发明的一种绳驱动上肢康复机器人及其控制方法的有益效果是：
39、本发明的外骨骼康复臂上设置有三个绳驱组件对上肢康复机器人的三个肩部自由度进行柔性驱动，绳驱组件采用驱两个惰轮、一组驱动导向轮组与钢丝绳一一对应，形成三个独立的闭环传动链，三个绳驱组件之间的传动相互独立，又相互配合，方便自动化、精准控制，且在实现肩关节外展/内收康复、肩关节内侧/外侧、肩关节屈曲/伸展柔性驱动的同时，将驱动模块设置在远端的康复安装模块上，外骨骼康复臂不需要承受多个驱动电机的重力，有效降低了康复臂在训练过程中的动惯性，保证了电机及康复臂的使用寿命和使用稳定性。
40、本发明的一个绳驱组件对应的驱动轮直径大于第一惰轮、第二惰轮直径的特殊设计，增大了钢丝绳同时接触惰轮、驱动轮或导向轮的相对位置角度，即增加了相应关节的旋转角度，在保证外骨骼康复臂的旋转角度满足患者的康复需求的同时，钢丝绳不与惰轮、驱动轮或导向轮脱离，有效的保证绳驱组建的传动精度。
1.一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于：包括康复机架(1)、对称安装在所述康复机架(1)上的康复安装模块(2)以及安装在所述康复安装模块(2)上的外骨骼康复臂(3)；
2.根据权利要求1所述的一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于：所述驱动导向轮组(382)包括：
3.根据权利要求1所述的一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于，还包括与所述远端驱动模组(31)一一对应设置的张紧组件(39)；所述张紧组件(39)包括：
4.根据权利要求1所述的一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于：所述张紧轮组(392)包括设置在所述张紧板(391)上的第一张紧轮(3921)和第二张紧轮(3922)、沿y轴方向开设在所述张紧板(391)上的滑动长槽、与所述滑动长槽滑动设置的第三张紧轮组件(3923)；
5.根据权利要求2所述的一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于：所述肘关节康复机构(36)包括安装在所述康复安装模块(2)上的肘关节远端驱动电机(361)、与所述肘关节远端驱动电机(361)的输出轴同轴设置的肘关节主动轮(362)、与所述肘关节主动轮(362)通过肘关节驱动绳(363)传动连接的肘关节驱动轮(364)；
6.根据权利要求5所述的一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于，所述大臂康复机构(35)包括与所述肩关节屈曲/伸展康复机构(34)的驱动轮同轴设置的大臂连接板(351)、通过上臂长度调节组件(352)与所述大臂连接板(351)滑动设置的调节板(353)；所述肘关节驱动轮(364)安装在所述调节板(353)上；
7.根据权利要求1所述的一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于：所述康复机架(1)包括四个升降腿(11)、安装在所述升降腿(11)上的支撑板(12)、安装在所述支撑板(12)上用于调节两所述康复安装模块(2)水平方向上距离的横向移动模组(13)以及滑动设置在所述横向移动模组(13)上用于对所述康复安装模块(2)进行高度调节的纵向调节模组(14)；
8.根据权利要求7所述的一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于：所述纵向调节模组(14)包括两组，两康复安装模块(2)分别与两所述纵向调节模组(14)一一对应；
9.根据权利要求6所述的一种绳驱动上肢康复机器人，其特征在于：所述小臂康复机构(37)包括与所述调节板(353)通过肘关节康复机构(36)转动连接的小臂连接板(371)；所述大臂连接板(351)与所述小臂连接板(371)上均安装有用于固定患者手臂的紧固组件(310)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的绳驱动上肢康复机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
