随着社会经济的发展,中国已逐渐进入老龄化,脑卒中发病率逐年上升,且越来越趋近于年轻化。但由于医疗水平的提升,脑卒中患者的死亡率正逐渐降低,但致残率仍然很高。肢体运动障碍是卒中后患者较为普遍的后遗症,其中就包括手功能障碍。针对手功能障碍患者本文研制一款外骨骼康复机械手,该康复机械手在结构方面采用细柔索钢缆驱动,以仿真人类肌肉的柔弹性感,进而确保安全性与舒适性,同时整个结构实现了轻量化且易于穿戴化的设计;在控制方面,该康复机械手具有主被动康复模式,其中被动康复模式能够实现准确的位置抓握与力度抓握,主动康复模式能够实现不同阻力程度的阻抗运动,同时还具有安全保护控制功能,主要包括速度安全保护、位置安全保护以及急停安全保护。本文的主要研究内容和结论如下所述。首先,为了实现康复机械手的超轻量化设计,将手部结构与驱动结构分为两个单独的模块来设计,且采用细柔索钢缆驱动手指,以确保人-机作用力有仿肌肉的弹性感;同时,为了防止驱动柔索在推动手指进行弯曲运动时产生大范围的弯曲变形,将各导向块与驱动块进行特殊的设计。为了保证驱动柔索在近/中节指骨导向块中运动的顺畅性,以及防止在远节指骨驱动块上固定时产生间隙,分别对各手指的导向块与驱动块的柔索引导孔进行相应的设计。其次,在被动康复模式中,为了实现手指的位置控制与抓握力控制,分别建立了空握与力控两种控制模式。其中空握模式是通过分析手指弯曲程度与对应驱动柔索进给量的关系,从而通过控制驱动柔索的进给量来控制手指的弯曲位置;力控模式是通过力控算法使得患者手指的抓握力始终维持在期望力的允许误差范围内,力控算法是通过不断改变驱动柔索期望进给量来实现对手部抓握力的调控,而驱动柔索期望进给量决定于实际抓握力与期望力之间的差值。之后,在主动康复模式中,为了使得患者自主地带动康复机械手进行运动,建立了主动控制算法,主要由运动意图判断算法与阻抗运动控制算法组成。在患者运动过程中,为了消除手部抖动使得系统对患者运动意图产生误判,系统加入了容积偏差;且为了消除系统数据的噪音,增强系统的稳定性,采用了二阶低通滤波。最后,基于MFC开发了主被动康复运动控制系统的人机交互界面,分别对被动康复的空握模式、力控模式以及主动康复模式与安全保护进行实验测试,验证了功能的有效性、可靠性和安全性。