臂丛神经损伤是最严重的周围神经损伤之一,患者术后对于上肢运动功能的恢复效果十分微弱,因此患者在遭受臂丛神经损伤之后常会伴随有终生残疾的现象。为了帮助这一类患者重建上肢运动功能,本研究首次在全国甚至世界范围内提出针对臂丛神经损伤患者设计的基于肌电信号控制的辅助型上肢外骨骼机器人。该上肢外骨骼系统主要由机械结构、控制模块、算法等部分组成。在结构部分,该外骨骼提供了5个自由度,其中手部外骨骼2个自由度、肘部外骨骼1个自由度、肩部外骨骼2个自由度,患者在穿戴上该外骨骼之后,能够完成9类上肢动作。系统采用腱鞘驱动的设计方式,使得外骨骼本体装置与驱动部分分离,减轻患者在使用时上肢的负担。外骨骼的控制系统主要由硬件电路和软件程序组成,其中硬件电路包括主控制器模块、电源模块、肌电信号采集模块、电机驱动模块等部分组成。在外骨骼控制系统的基础上搭载了2种控制算法:基于参考轨迹的PID控制以及基于肌电信号的模式识别控制。在模式识别控制中,通过提取患者在神经移位手术之后同侧手臂的肌电信号,使用基于贝叶斯决策的线性判别分析的方法解码其运动意图,实现患者能够在不需要任何帮助的前提下重建上肢运动功能。通过基于参考轨迹的PID控制实验,验证了该上肢外骨骼机器人系统的可行性以及精确性。通过基于肌电信号控制的模式识别控制实验,验证了系统对4名健康受试者9类动作的肌电信号识别结果,结果表明9类动作的平均在线识别率均达到97%以上。通过采样分析与人机交互实验,表明系统对每类动作的在线识别过程耗时小于85ms,完全满足外骨骼使用过程中的延时要求。并且受试者能够顺畅地控制所设计的上肢外骨骼机器人系统。