脑卒中等疾病会对患者造成严重的运动功能损伤,使其运动控制功能受到影响而无法正常进行日常生活活动。循证医学证实康复治疗是降低脑卒中等疾病致残率的有效手段,末端牵引式装置在康复治疗中扮演着重要的角色,而机械扰动能够进一步影响感觉运动皮层神经活动模式。因此,本文将设计可引导上肢运动和机械扰动的末端牵引机器人运动控制方法,并分析研究上肢末端牵引运动中机械扰动所诱发的上肢关节运动特征,以及对感觉运动皮层神经活动的影响。首先,本文利用机器人操作系统与UR5协作机器人搭建上肢末端牵引实验平台,通过TCP/IP协议完成两者网络连接;机器人操作系统负责完成碰撞检测、避障规划和机械扰动的程序设计工作,通过调用包含机械扰动轨迹文件为实验提供不同频率与幅度的机械扰动模式,性能验证结果显示上肢末端牵引实验平台能够稳定精确地实现机械扰动实验模式。之后本文开展末端牵引实验平台与上肢耦合实验,探究实验平台与人体前臂的连接方式、机械扰动方向、机械扰动频率和手臂振动幅度等,主要参数最终确定为腕背部连接方式、垂直机械扰动方向,机械扰动包括10、15和20Hz三种频率以及2mm和4mm两种扰动幅度。根据确定的参数设计上肢末端牵引的机械扰动实验方案,同步采集上肢末端运动学数据和脑电信号,并对上肢加速度进行功率谱分析,结果显示各实验模式功率谱峰值出现在扰动频率处,且随着加速度幅度的增大而增大,说明牵引实验平台的机械扰动能够较好地作用于上肢末端。为了研究机械扰动的神经响应特性,本文利用自回归模型和小波变换时频分析对不同实验模式的脑电信号进行处理。对比不同实验模式下的脑电功率谱,结果发现C3通道运动前后的功率谱差异最大,并将C3通道确定为脑电信号分析的主要通道。运动期的功率小于休息期说明了上肢末端牵引运动使脑电出现了事件相关去同步（Event-related desynchronization,ERD）现象。本文基于小波变换的时频分析方法研究大脑感觉运动皮层能量在频率和时间上的分布关系,对比分析了ERD现象特征参数,研究不同机械扰动模式感觉运动皮层的响应特性。时频分析结果发现70%被试脑电信号具有稳定的时频特性,α和β频段出现明显的ERD现象,说明大脑的皮层活动因为末端牵引动作而激活;配对T检验的结果显示β频带中机械扰动组ERD显著小于无扰动组,机械扰动对皮层活动呈现抑制作用;运动结束后α频带中机械扰动ERD消失速度比无扰动组更快,也可能与机械扰动的抑制作用相关。本文实验数据分析和统计结果说明了上肢末端牵引运动过程中增加机械扰动后的皮层激活程度弱于单独的上肢末端牵引运动,实验结果证明了上肢末端牵引对皮层活动有促进作用和机械扰动对皮层活动有抑制作用。本文研究结果提示,在康复训练过程中根据运动障碍患者的神经康复实际需要,可以将机械扰动有选择性引入末端牵引康复训练中以抑制受损大脑的异常神经活动模式。