脑卒中是由于脑血流减少或脑供氧不足造成的脑组织死亡,已成为我国的致残和致死的首要病因。高昂的康复护理成本,落后的康复医疗发展水平,过大的医师劳动强度和医疗资源紧张等问题促使我国在康复医疗领域的的研究和投入急速上升。为了提升康复效率,缓解资源紧张,提升人体舒适度,大量的科研机构投入了上肢康复机器人的研究和开发,并通过不断的努力取得了一定的研究成果。本文结合人机工程学和人体上肢结构及运动特性,针对40岁以上99%的中国成年人人体尺寸和人体日常生活活动范围设计了一款结构紧凑轻巧的上肢偏瘫康复外骨骼。在总体方案设计的基础上详细介绍了4自由度训练关节、2自由度无动力补偿关节和1自由度升降平台的结构设计。其次,在介绍重力平衡理论的基础上,确定所提出的无动力补偿关节的辅助弹簧和平行连杆的结构参数,并建立外骨骼系统的重力平衡模型。同时针对不同人体参数,本文提出了一种直观且定量的弹簧调整方案,使弹簧连接点和肢体质量呈线性相关。补偿关节的运动学分析表明机构对99%人体尺寸、日常生活肱骨运动范围和不同肱骨抬升方式的适用性;动力学仿真研究表明关节驱动力矩最大降低为原先3%,验证了机构提供稳定支撑的可行性。针对上肢外骨骼训练关节,首先采用D-H法建立其正运动学模型,从而建立腕部与肩关节中心的位姿关系,并基于蒙特卡洛法对腕部运动空间进行直观求解。基于自适应量子遗传算法对训练关节逆运动学进行求解。实验结果表明,与遗传算法相比,其求解稳定性和运算精度都提升了一个量级。在利用拉格朗日方程法推导训练关节动力学方程的基础上,利用ADAMS软件对外骨骼各关节极限位置进行动力学仿真分析,得到直观的驱动力矩曲线,为控制系统设计提供依据。最后搭建了外骨骼控制系统的软硬件平台,并从控制、感知及采集和执行三个模块详细设计和调试。在此基础上对不同人员进行人机接触压强采集实验,结果表明在使能补偿关节后,受试人员的人机接触压强较失能补偿关节情况下均降低70%以上,验证了机构对人机相容性提升和对不同人体的鲁棒性。