脑卒中（中风）是一种高致残率的疾病,其中腕部功能损伤是中风后常见的后遗症之一。术后的康复训练对于提高患者生活质量十分必要。相比其他医疗方式,康复机器人能反馈精准的治疗效果且保证康复的精度、强度,因此应用日益广泛。针对手腕康复训练的特殊性以及现有康复机器人自由度不全、针对性不强等问题。本研究提出一种基于共轴3R球面并联机构的手腕康复机器人,解决了整体机构设计、运动学分析、控制器设计、样机研制以及实验测试等问题。本研究以手腕生理学特征和康复理论为基础,展开手腕康复机器人机械结构和控制器设计。对现有康复机器人比较总结后,最后确定共轴3R球面并联机构作为末端执行机构,在机械结构上保证机构运动轨迹与手腕轨迹相贴合,并设计出柔性旋转关节以应对可能存在的冲击。采用三轴嵌套设计解决多传动轴共轴传动问题。电气系统中,以LabVIEW为上位机核心,开发手腕康复机器人控制系统,包括传感器通信模块、逆运动学求解模块、电机控制模块、用户界面,实现运动数据的实时反馈。在用户界面患者可视自身情况自定义康复相关参数并选择康复的自由度,为康复提供的更多选择。针对末端执行机构逆运动学存在的多解问题,在运动学分析的基础上,提出一种分步计算方法,将动平台的旋转分为两步:先绕X,Y轴、然后绕Z轴,分别计算两步旋转时近端连杆所需最优输入角度θi*及φi,最后两部分相加得到完整输入角度θi。解决了逆运动学多解问题,能得到逆运动学唯一解,确定电机输入角度与末端执行机构位姿之间的唯一对应关系,为控制系统设计提供理论基础。并计算机器人工作空间验证设计的合理性。最后,加工实物样机,搭建实验平台,开展手腕康复机器人实验研究,分别进行了位置控制实验以及功能实验,通过传感器一系列实验曲线,测试康复机器人性能。研究结果表明所设计手腕康复机器人机械结构合理,自由度全,末端执行机构绕X轴旋转角度为[-32°,32°],绕Y轴旋转角度为[-37°,37°],绕Z轴全周旋转。所提分步计算方法能够得到逆运动学唯一解,控制系统精准可靠位姿误差在1°左右,整机运行平稳,能够满足脑中风患者手腕康复需求。