脑卒中一个常见的后遗症是偏瘫,患者由于大脑神经的运动控制功能受损而失去对肢体的完整控制能力。通过对患肢施加重复的运动刺激可以重新建立脑神经与肢体的联系,将康复机器人应用于运动康复,不但可以充分利用机器人在重复性、动作质量方面的优势,还可以记录康复过程中的位置和力信息,为康复医师提供有价值的数据。目前,上肢康复机器人多利用位置、力传感器等多传感器融合的方式实现康复与安全控制,这使康复机器人无法具备故障安全性,在控制系统失效时存在较大安全隐患。为解决这一问题,设计了一种基于柔性关节的上肢康复机器人,利用机器人关节固有柔性实现了力和安全控制。针对上肢康复机器人故障安全性的需求,设计了一种基于扭簧的柔性关节。利用伪刚体模型法建立了基于螺旋线扭簧的刚度模型,得到了扭簧设计参数与刚度之间的关系。关节采用双扭簧的结构形式,在双向传动时分别使用不同的扭簧,不但可以避免扭簧双向刚度不一致带来的控制和使用困难,还可以消除换向时扭簧需要先回到平衡位置而带来的空行程。该关节可利用固有的柔性吸收冲击能量,确保上肢康复机器人的故障安全性。设计了一种基于柔性关节的上肢康复机器人。机器人采用平面铰链四杆结构设计,可以实现平面内的较大范围运动,轨迹贴近日常生活动作。通过轨迹特征点计算得到了机器人的结构尺寸,并使用非线性优化方法对机器人结构尺寸进行优化设计,提高了康复舒适度。从能量和力等角度计算证明了所设计上肢康复机器人的安全性。对柔性关节和机器人进行了动力学建模,得到了各铰链的内力和机器人末端与主动关节力之间的映射关系。对所采用柔性关节进行了动力学分析,得到了关节的响应。为实现主动康复功能,搭建了基于柔性关节的导纳控制模型,通过仿真确定了导纳控制器的参数。在不使用力传感器的情况下实现了碰撞安全控制,在碰撞时吸收碰撞能量、保护患者。搭建实验平台,开展了关节刚度、导纳控制和碰撞安全控制实验。实验结果表明,所建立的扭簧刚度模型可以有效预测实际扭簧刚度,将柔性关节和双编码器等效为低成本力矩时可行且有效的,可以实现力矩感知、控制和碰撞保护。基于柔性关节的上肢康复机器人具有一定的应用价值,具有较高的安全性。