偏瘫是老年人常患的一种疾病,严重影响了老年人的日常生活。研究发现康复疗法可以有效降低偏瘫症状,改善患者的生活水平。当前的康复疗法是通过医生进行手动康复,但强度大,效率低。康复机器人的诞生可以有效解决手动康复所存在的问题。首先通过人体上肢生理结构分析确定了康复机械臂的自由度数,并对驱动方式进行了选择,然后查阅人体上肢标准尺寸确定了外骨骼设计尺寸并完成了康复机械臂整体结构设计,接着分别对肩肘腕三大关节进行设计,并对结构材料进行了选择。最后通过计算康复机械臂运动过程中所需要的最小驱动力矩及转速对驱动电机进行了选型,并采用Solid Works软件对关键零件进行了强度校核。采用改进型的D-H坐标法进行了正运动学分析,得到了康复机械臂末端位置与关节角的函数关系式,利用反变换法得到了康复机械臂的逆运动学方程。利用机器人工具箱建立康复机械臂的三维模型,通过给定关节角度值,对正逆运动学方程的正确性进行了验证。利用几何法建立了绳长与关节角的函数关系式,并以正运动学方程为基础,应用蒙特卡洛法求得了康复机械臂的工作空间。最后通过给定康复机械臂末端类椭圆轨迹方程进行了运动学仿真。应用拉格朗日法得到了康复机械臂的动力学方程。在关节空间里采用三次多项式插值法对关节角进行了规划,并通过动力学方程得到了各关节力矩的函数关系式,使用Matlab编程并进行了动力学仿真。利用绳长与关节角的函数关系式,并求其一阶和二阶导函数,通过Matlab仿真得到了绳长、绳索速度及绳索加速度变化曲线,同时应用绳索拉力二范数最小作为目标函数进行了绳索拉力优化求解,得到了绳索拉力变化曲线。最后将康复机械臂三维模型导入Solidworks中,仿真得到了各关节力矩变化曲线。结合康复训练动作对机械臂进行了轨迹规划分析。通过给定康复机械臂末端的螺旋线轨迹,采用三次样条曲线插值法对螺旋线轨迹进行插值计算,使得螺旋线轨迹变得更加光滑。然后对康复机械臂末端速度、位移和加速度进行了规划,通过求得雅可比逆矩阵及其导数,反推得到了各关节角速度及关节角加速度的函数关系式。最后结合已求得的运动学及动力学方程,利用Matlab对螺旋线轨迹下运动的康复机械臂进行了仿真分析,结果表明所设计康复机械臂的结构是可行的。