Sasaki et al. [14] 腕关节 1 气动橡皮筋 气动 运动辅助

Mistry et al. [15] 肩、肘、腕关节及前臂运动 7 液压驱动器 液压油 人体手臂运动研究

Popov et al. [16] 肘关节 1 扭绳驱动 扭绳传输 利用TSA初步研究

Lenzi et al. [17] 肘关节 4 可变阻抗对抗驱动 电缆和齿轮传动 康复

2  典型外骨骼机器人

A. caden-7[5]

该机器人由美国华盛顿大学研制，具有七个自由度。CADEN-7设计目标是指忽略7个力反馈关节位置处的反弹不计。其他的外骨骼设计利用旋后/旋前关节和旋内/旋外关节。因此，使用时要从外骨骼的肩部穿戴进去，手臂要通过封闭的圆形轴承装置向前滑行。CADEN-7通过将装置设计成上臂和小臂都可打开的形式，从而解决了这个难题。在线缆传动的设备中，需要实现机械关节运动的范围与人体的手臂相匹配。机械设计方面，物理开关防止运动超出范围。同时，一些关节处滑轮只有受到摩擦力才能驱动。这就使得人如果和设备之间产生的力超过了限定值时，传输就会停止。

图3.7-DOF的上肢康复机器人——CADEN-7

B.ARMin[6]

ARMin是一个6自由度用来治疗手臂适用于诊所的日常生活活动训练机器人。ARMin主要特点是垂直转动肩膀（屈伸和外展/内收）的垂直方向的直线运动模块进行运动, 能生成肩部垂直旋转运动，整机上下平动，上臂的转动，肘关节屈／伸 4 个自由度的主动运动，以及肩部屈／伸和前臂转动2个自由度被动运动。随后又研制的上肢康复机器人ARMin II[12]，这是一个具有7个自由度的机器人，自由度包括整机的上下平动，肩部的屈／伸运动、旋内／外运动，大臂的旋内／外运动，肘部屈／伸运动，前臂转动，腕关节屈／伸运动。允许根据不同患者进行简单的调节，并且为手臂提供重力补偿，协助进行复合运动。

图3.2 上肢康复机器人ARMin II

C.七自由度串并联的外骨骼[7]

Ivanova等人[7]研究了七自由度机器人外骨骼系统用来支持丧失身体机能或身体残疾老年人的日常活动和运动。外骨骼主要采用串联和并联运动学结构实现的复杂性和结构的同构。该外骨骼是由一个4自由度串联运动学部分和3自由度并联部分组成，同构于人的手臂，用以模仿人的手腕运动。肩运动存在三自由度，采用框架式三自由度机构。第一肩轴平行于背部，用来提供肩关节的外展/内收放；第二接头安装垂直于背部提供肩关节内/外旋。肩关节第三部分提供了上臂的抬起/放下。此外，我们可以将并行部分和串行部分的端部相结合最大限度地提高没有奇异的工作区域。

图3.3  7自由度串并联外骨骼。（a）7自由度串并联外骨骼（b）外骨骼机构的运动学结构