康复训练能有效治疗脑卒中导致的偏瘫等后遗症,普通的康复治疗方法是通过医生帮助病人做肢体训练,不仅效率低,且耗费人力和财力。现有的外骨骼式上肢康复机器人虽能帮助医生做康复训练,但价格昂贵,只适合在大型康复医院使用。为了解决这些问题,本文提出了一种平面式上肢康复机器人方案,具有质量轻、性价比高、操作安全等优点,适合在家庭或中小康复机构中使用。通过控制机器人移动平台的位姿变量来控制机器人的运动轨迹,从而带动患者上肢完成肩部和肘部的屈曲/伸展训练,并且可以根据患肢与机器人末端之间的接触力实现被动训练及主动训练的柔顺性,提高偏瘫患者的康复训练效果。本文的主要工作如下:(1)根据脑卒中后偏瘫的临床康复机理和上肢运动机理,设计了平面式上肢康复机器人的总体方案,并对其机械结构、硬件系统和软件平台等进行分析和设计。(2)根据Mecanum轮的结构特征,建立了机器人移动平台的运动学模型和轨迹跟踪误差方程,并根据该运动学模型分别设计了基于PID控制算法和基于反演滑模算法的轨迹跟踪控制器。通过MATLAB中两种控制器在不同轨迹及添加扰动情况下的仿真结果分析,基于反演滑模算法的机器人轨迹跟踪控制器跟踪效果更好,鲁棒性更强,能够满足康复医学和课题指标的要求。(3)基于导纳控制理论,对机器人的被动训练和主动训练两种模式进行接触力控制研究。在已有的轨迹跟踪控制器的基础上,添加导纳控制外环,将人机之间的接触力转换成位置修正量,通过跟踪修正过的期望轨迹,实现接触力的柔顺控制。通过MATLAB仿真验证了该算法的可靠性,并通过改变导纳参数分析了对系统响应的影响,为工程实现中的参数选择提供了可靠依据。(4)开发平面式上肢康复机器人样机,进行了轨迹跟踪控制实验和接触力控制实验。不仅完成了样机的机械结构设计、嵌入式软件和上位机系统软件设计,还设计了一种嵌入式系统硬件电路,提出了一种将光电鼠标和超声波传感器融合定位的方案。实验结果表明,可以将机器人的位置误差控制在±3mm内,方向角误差在±0.04rad以内;选择合适的导纳参数可以调节康复训练强度,提高系统的柔顺性,保证训练的安全性和可靠性。