随着机器人技术的发展与康复需求的增加,机器人技术逐渐应用到康复工程领域,康复机器人成为一种新兴的热门研究课题。康复机器人能够辅助偏瘫患者运动,提供有效的康复训练,因此对康复机器人的研究有着重要的意义。文章以人体上肢的生理结构为依据,改善以往机械结构,设计了一个5自由度的上肢康复机器人,实现肩关节外展和内收、前屈和后伸及旋内和旋外,肘关节前屈和后伸,前臂旋前和旋后自由度的运动。同时引入一个被动自由度保证机器人与用户关节的对齐,增加了运动范围。按照人体尺寸标准,用Creo绘制了机械臂的三维模型,并通过ADAMS软件进行运动学仿真验证了结构的可行性。被动自由度的引用,将会为以后康复机器人的结构设计提供一种新思路。应用D-H法对康复机械人建立运动学模型,进行正向和逆向运动学求解,并通过MATLAB验证旋转变换矩阵的正确性。求解雅克比矩阵和力雅克比矩阵,建立静力学模型和空载力矩模型,为机器人的控制提供依据。空载力矩模型消除了用户与机器人重力对力信号产生的影响,使机器人的控制更为精确。文章对康复机械臂的控制策略进行研究,通过用户与机械臂的主动力信号获得用户的运动意图,建立人机动力学方程,采用阻抗控制模型实现对机械臂的柔性控制。对阻抗模型进行简化,建立了阻抗控制模型、刚度模型和阻尼模型。并以肘关节的屈伸运动训练为例,通过MATLAB/Simulink系统设计工具对这3种模型进行编程仿真。仿真结果表明,3种控制模型可以实现对机械臂的柔性控制,并且通过改变控制器中的参数,改变系统的刚度特性和阻尼特性,可以为不同程度的偏瘫患者提供相应的康复训练。阻抗控制模型的建立,对更好的实现康复机器人运动控制有着重要的意义。