脑卒中是一种会造成患者运动障碍的疾病。本文采用与人体手臂运动相适应的五自由度上肢康复机器人,它可以带动患者进行康复训练,刺激患者神经系统,促进上肢有运动障碍的患者早日获得康复。对于机器人系统来说,完成实现某种作业实际上是使机器人跟踪期望轨迹的控制问题。运动轨迹是机器人系统工作的依据,它决定了机器人工作的方式与效率,机器人系统要完成某种操作作业,就必须对其运动轨迹进行规划。因此研究机器人运动轨迹的规划尤为重要。本文在对上肢康复机器人的国内外发展研究情况深入了解的基础上,开展了以下研究工作:(1)上肢康复机器人模型的建立分析上肢康复机器人的机械结构特点及运动特性,采用D-H法建立五自由度上肢康复机器人运动学模型;动力学模型采用牛顿-欧拉方程法建立,用于分析机械臂运行过程中的动力学特性,并在理想动力学方程的基础上,为了更好的保证轨迹跟踪的精度,考虑了刚体结构的库伦摩擦和粘性摩擦对系统控制的影响,进一步建立了更为精确的机械臂封闭动力学模型。(2)上肢康复机器人奇异位形的研究与分析上肢康复机器人属于刚体结构,而刚体结构在空间中进行实际操作控制时,会出现运行速度激增、偏离预期轨迹等突发情况,甚至会引发安全性问题。这是由于在机械手运动过程中,经过了空间奇异点。在本文中,首先引用关节属性预知奇异点并对运动学逆解择优,然后采用改进的DLS法进行避奇异处理。(3)上肢康复机器人轨迹规划方法为了提高规划轨迹与人体示教动作的相似度,并且保证所得轨迹在现有机器人硬件平台上的可实现性,需要对示教点进行插补。由于人体上肢活动大多属于多关节共同协作的复合运动,因此选择三次B样条曲线插补法对示教点进行插补。(4)上肢康复机器人轨迹规划利用Simulink工具箱搭建五自由度上肢康复机器人模型;然后举例说明机器人运行过程中经过奇异位形时的避奇异处理;最后对机器人“8字型”康复示教轨迹进行跟踪与优化。MATLAB仿真结果表明,生成的轨迹与示教动作一致,且考虑摩擦后的轨迹相对于不计摩擦时的轨迹在轨迹精度上更为逼近,达到了提高康复训练效果的目的。