脑卒中,俗称中风(Stroke),已成为威胁人类健康的首要疾病之一。中风患者往往因中枢神经系受损而导致上下肢运动能力丧失,需要依靠康复训练来重获运动功能。机器人及相关技术在康复领域的应用给康复理论的发展和临床康复技术的进步注入了新的动力,目前,康复机器人(Rehabilitation Robot)已成为医疗机器人领域的研究热点之一。手部功能康复作为康复的一个分支,是指对手指所进行的各种康复训练,是对上肢大关节运动功能康复的有力补充。本文重点围绕手部功能康复机器人的机械结构设计、运动学和力学分析、康复理论和策略及传感测量系统设计、仿真和实践等关键问题进行了深入研究。在人手的生物学特性进行分析的基础上,本文对手部功能康复机器人的机械驱动系统进行了设计和研究。其包括外骨骼手指驱动机构、自适应掌背调节平台和后置式人工肌肉模块三个部分。基于对称齿轮齿条平行滑动机构的外骨骼手指驱动机构能够适应人手手指长度和粗细的变化并带动指节绕关节中心运动,避免对手指关节造成牵扯或挤压伤害;18自由度自适应掌背调节平台能够保证外骨骼手指驱动机构可靠、稳定地佩戴在手上;而后置式人工肌肉模块可将电机、减速器等后置到小臂,降低外骨骼手指驱动机构重量,减轻对患者腕部的负担。针对机械驱动系统的结构,本文对手部功能康复机器人进行了运动学求解和力学分析。针对外骨骼手指驱动机构的闭链级联式结构,提出手部功能康复机器人的运动学分析方法,即:针对手指主运动开链,采用D-H参数法求运动学正解,采用变量代换法求运动学逆解及采用微分变换法求雅可比矩阵;针对各外骨骼闭链,根据结构关系直接写出运动学方程;综合手指主运动开链和各外骨骼闭链的运动学分析写出外骨骼手指及整个手部功能康复机器人的运动学方程。对手部功能康复机器人的力学分析则解决了外骨骼手指驱动机构的动力学及静力学问题。通过研究手部功能康复机器人的系统架构及其康复和控制策略,本文对手部功能康复机器人的传感测量系统进行了设计。通过给机器人布置位置传感器和力传感器,使得机器人各关节的位置信息以及人手与机器人的交互作用状态信息能够实时反馈给控制系统。最后,本文对手部功能康复机器人进行了仿真分析及实验研究。仿真分析包括外骨骼关节的运动学及动力学仿真、单指独立的动力学仿真和五指协同的灵巧性仿真分析;实验研究包括人手适应性试验、CPM康复实验、人机交互作用力测定实验和患者主动介入式康复训练实验。仿真分析及实验研究结果表明,手部功能康复机器人机械系统设计合理、运行稳定可靠,康复原理及策略可行,可以用于中风患者手部功能的康复。