随着中国老龄人口数量逐渐增加,患神经系统疾病和心脑血管疾病的风险也越大,这类疾病会伴有不同程度的偏瘫症状。部分患者可通过后期康复治疗恢复运动能力,康复训练需要医护人员长时间辅助才能完成,为减少医护人员的工作强度,康复机器人的研究变得越来越广泛。在整个康复训练过程中,保护患者训练安全尤为重要。上肢在康复训练初期非常脆弱,很容易造成二次损伤,所以对康复机器人安全性提出更高的要求。为进一步提高患者训练安全性和HEBUT–AR2上肢康复机器人的运动性能,对HEBUT–AR2上肢康复机器人关键机构进行优化,并对控制系统做了深入地研究。本文首先提出了HEBUT–AR3上肢康复机器人关键机构的优化方案。采用绳轮传动机构,解决原链轮传动机构中链轮与链条负载过大,产生跳齿现象,分析了传动机构中绳轮和钢丝绳负载受力情况,也对关键零件进行了有限元分析。在机械结构上,增加前臂旋转训练和腕关节训练。为提高患者康复训练的安全性,在各个关节上增设位置可调的机械限位,保证患者训练安全,提高机器人的适用范围。其次,对HEBUT–AR3上肢康复机器人进行运动轨迹规划。建立HEBUT–AR3上肢康复机器人的运动学方程,借助Matlab和LabVIEW软件完成了运动学的正逆解分析。使用LabVIEW软件分析了关节空间轨迹规划与笛卡尔空间轨迹规划,并且搭建了轨迹规划的上位机界面。再次,HEBUT–AR3上肢康复机器人控制系统的研究与实现。控制系统分上位机系统和下位机系统,为满足操控机器人简便与机器人工作监控要求,使用LabVIEW软件搭建上位机系统,其中主要包括登录系统、主动控制模式、被动控制模式及轨迹规划等,也分析了数字PID算法和加减速算法的控制器。使用KEIL5.0软件编写了下位机控制程序,步进电机主要采用梯形加减速算法控制。为实现上位机系统与下位机系统之间数据传输的实时性,下位机系统中的处理器选用STM32F103ZET6微处理器搭建外围电路及绘制控制板的PCB图,使用Multisim软件对输入降压电路和力传感器放大电路进行了仿真分析。最后,实验验证。制作出实体模型并进行了上位机系统实验,实验中使用上位机系统产生控制指令,通过串口发送给下位机系统,下位机系统接收指令实现被动模式下的多关节训练实验和主动控制模式下的单关节训练实验,上位机系统接收下位机系统传送的力数据和位置数据,并实时显示到上位机控制界面中。