近年来,随着人们生活习惯不规律以及人口老龄化加重,脑卒中患者数量逐年增加。如何快速、有效地使脑卒中患者回归到日常的生活,一直是康复医学领域研究的重点问题。从病理上出发,脑卒中患者往往会表现出某部分肌肉功能性障碍。主被动康复训练会使这部分肌肉功能得以恢复,然而只有当肌肉活性发生质变时,康复治疗效果才会体现出来。本文从上肢骨骼的生理结构出发,建立了上肢运动学与动力学模型,在此基础上,通过分析肌肉力的影响因素,建立了基于Hill的上肢骨肌模型,设计了上肢康复器控制系统,结合实验研究了主被动康复训练中的肌肉特性,并通过人体表面肌电信号对肌肉活性进行了分析。在人体骨肌系统三维模型的基础上,通过比例缩放改变肢体环节的体长及体重来建立不同个体的上肢骨肌模型。根据解剖学、运动生物力学的知识设置上肢参数,对上肢环节进行运动学、动力学以及优化分析,分别求取关节角度、关节力矩以及肌肉力。建立肌肉Hill模型,对影响肌肉力的因素进行分析。通过仿真软件OpenSim分析肌肉力与肌纤维长度以及羽状角等影响因素的关系。分别对影响肌腱力、肌纤维主动力、肌纤维被动力的因素进行分析;根据肌肉的结构特性,分析肌纤维横截面积与肌纤维体积、肌纤维长度的关系;设置参数,最后对上述模型进行仿真分析。为研究康复训练中的肌肉特性,建立了上肢康复器及其仿真模型。结合康复训练要求和康复器特性分析,设计了被动控制器和主动控制器,提出了基于位置的阻力给定算法,结合人体模型对控制器进行仿真分析。为提高被动控制器的控制精度,设计了滑模变结构控制算法,提高了系统的抗负载能力,通过仿真验证改进的效果。搭建康复训练实验装置,完成肌肉模型的验证性实验,同时依次进行了上肢在不同模式下的康复训练、通过表面肌电信号及肌肉模型对肌肉力进行预估判断,分析训练的合理性。