随着现代康复医学的发展,利用机器人康复训练系统进行神经中枢康复已成为国内外研究的热点之一。该技术不仅可以满足传统康复治疗中的各项需求,而且康复医师及患者可以直接从系统中获取所需的训练信息,从而为更加深入了解神经-运动康复规律提供了可能。本文主要围绕脑卒中后上肢偏瘫运动功能的恢复问题,为弥补临床脑卒中偏瘫康复治疗中的训练效率低、无法全面采集患者的实时数据、康复效果评价不够客观等诸多不足,研究如何利用五自由度(以下简称5-DOF)上肢康复机器人建立上肢智能康复训练系统,为上肢偏瘫康复开辟新的技术途径。本文以临床康复医学和控制理论为基础,将机器人与虚拟现实技术相结合、运动训练与心理训练相结合,主要解决：数学模型的建立,优化控制功能及康复评价等关键技术问题,最终形成一种辅助或替代医师完成患肢康复训练及评价的特种机器人系统。论文的主要研究工作包括：(1)上肢康复医学理论研究。在研究上肢康复的相关医学理论的基础上,对脑卒中成因及运动训练-神经功能重塑-肢体功能恢复三者相互关系进行了阐述,指出肢体运动功能康复训练是利用脑可塑性促进功能重组的必要条件。同时,文中给出上肢各关节的运动形式及其对肌肉功能的影响,并对临床脑卒中上肢偏瘫康复的运动疗法进行深入研究,总结各治疗方法的主要特征及优缺点,提出上肢康复机器人进行脑卒中上肢偏瘫康复训练的训练原则。(2)上肢康复及评价系统构建。鉴于目前脑卒中康复中缺乏评价——训练——检测功能为一体的上肢智能康复训练系统,本文结合临床要求,利用5-DOF上肢康复机器人构建具有闭环结构的智能上肢康复训练系统,给出总体框架结构及系统组成,并详细阐述了功能评价、训练执行及信息检测三个子系统的设计原则、主要功能及相互关系。(3)5-DOF上肢康复机器人模型研究。基于D-H表示法建立5-DOF上肢康复机器人正运动学模型以及基于反变换法建立5-DOF上肢康复机器人逆运动学模型,为后续动力学模型的建立奠定基础；提出一种拉格朗日动力学的简化计算方法,给出新的动力学方程,根据电机、传动设备的性能要求建立5-DOF上肢康复机器人动力学模型,并讨论模型中的各种不确定因素,计算结果表明,该简化计算方法大大提高了建模速度；将系统的特征规律和物理构成有机结合,利用虚拟现实技术建立5-DOF上肢康复机器人三维运动模型；在虚拟现实环境中对运动学及动力学模型进行可视化仿真,不仅充分验证了运动学及动力学模型的准确性,而且直观、真实的展现了5-DOF上肢康复机器人的运行过程。(4)上肢康复机器人控制策略的研究。依据上肢康复机器人的训练方式,针对5-DOF上肢康复机器人模型中不确定性问题,提出具有多周期输入信号的5-DOF上肢康复机器人H∞状态反馈鲁棒重复控制,使5-DOF上肢康复机器人系统既有高精度的跟踪性能又具备较强的鲁棒稳定性。仿真结果表明,该方法能够达到高精度快速跟踪的目的且系统稳定性较高,实现稳态无差跟踪控制。(5)上肢康复机器人运动功能评价方法的研究。根据临床运动功能的评价方法及结果,针对康复评价中专家评分差异性的问题,将决策分析中常用的层次分析法与模糊分析法相结合,提出一种将定性定量相结合的、系统化的自校正AHP-模糊分析的评价方法。本文将自校正AHP-模糊分析的评价法应用于5-DOF上肢康复机器人运动功能评价中,将临床运动功能评价内容转化为5-DOF上肢康复机器人运动功能评价的指标体系,制定各评价指标的评定标准,包括：肌力及关节活动度评定标准、平衡功能评定标准及协调性功能评定标准等,并确定评价指标的递阶层次关系及评语体系,建立5-DOF上肢康复机器人运动功能综合评价模型,并通过实例验证了该算法的可行性与有效性。