在中风偏瘫发病率日益升高的今天,上肢康复机器人的研发尤为重要。康复机器人的落地应用能够解决传统康复治疗存在的医护人员劳动强度大、医患数量比例悬殊等问题,为患者提供更及时、更准确、更丰富和更具针对性的康复训练治疗。目前,上肢康复机器人使用的结构构型主要有末端执行器和外骨骼两种:前者结构简单,使用方便,但在结构的限制下,训练形式单一,工作空间较小,难以满足人体上肢的运动需求;后者与上肢解剖结构类似,具有自由度高、工作空间大等优点,但机器人结构更为复杂,结构轴线难以与人体关节轴线对齐。而且,这两种构型的康复机器人缺乏对人体躯干的控制,无法纠正患者躯干代偿等不规范动作,不利于患者运动功能的恢复。针对上述问题,本研究将末端执行器构型与外骨骼构型融合,提出一种由机械臂搭载外骨骼的上肢康复机器人构型,为通过软件程序实现躯干代偿纠正和肩关节运动轴心跟踪提供硬件结构条件。对于肘关节屈曲运动,本研究还设计了一种新型外骨骼肘关节机构,在解决肘关节轴线对齐问题的同时,免去了传统外骨骼机构调整连杆长度以适配不同患者肢体尺寸的操作。本文通过仿真分析和搭建样机验证了所设计的机器人结构的工作空间完全覆盖上肢4个自由度的运动范围,能够满足上肢运动需求。另外,大部分上肢康复机器人的主动训练功能是基于力传感器检测交互力实现的,价格昂贵的力传感器增加了康复机器人的制造成本,不利于机器人的普及使用。基于此,本文创新性地提出一种基于气囊的交互力检测方法,通过气囊直接测量人机交互力,制造成本低。同时还兼具人机固定连接功能,可令患者快速地穿戴或卸载康复机器人。本研究通过一系列实验评估了气囊的测力性能和验证了将气囊用于交互力测量的可行性。实验结果表明,气囊在测力方面具有较好的线性度和较高的重复精度,所提出的基于气囊的交互力检测方法具备应用于上肢康复机器人的可行性。