作为一种进行性阻塞性呼吸疾病,慢性阻塞性肺病(COPD)对人类(尤其是老年人)的生理健康造成了极大的危害,居全球死亡原因第三位。患有COPD的患者伴随多种症状:呼吸不适、体内气体残余、四肢乏力、呼吸困难、咳嗷、营养不良等,不接受有效治疗的话极易引发肺癌、冠心病等并发症,极大地危害和影响着人们的日常生活。呼吸康复训练是除药物治疗外唯一有效的物理康复手段,能够增加患者通气量,提升患者的呼吸肌机能,增强患者的体质,促进疾病康复。但是由于患者受呼吸困难的困扰,训练依从性不佳,难以坚持持续有效的康复训练。为此,本文创新地提出了一种利用机器人辅助的方式帮助COPD患者进行呼吸康复训练,这种呼吸康复机器人,能够通过减轻患者上身重量,帮助COPD患者减轻呼吸负担,提升患者的呼吸训练依从性,并提升患者的呼吸肌机能。本文主要研究工作为机器人的结构设计、控制系统设计以及相关的验证实验。该机器人由三个电机进行驱动,能够实现三个不同自由度的运动,分别是竖直方向的抬升运动、对于患者手臂的推拉运动以及对患者腹部的挤压运动。前两种运动能够减轻患者上身重量,并使其胸腔得到扩张,后者通过挤压患者腹部能够帮助患者排出体内废气,促进气体交换。本文另一创新点是利用呼吸传感器、运动传感器等传感器,该机器人能够测得患者的呼吸信息以及运动状态,从而根据患者的呼吸信息改变辅助状态,使得患者的呼吸康复训练动作能和其自身的呼吸运动相匹配,确保患者得到最为舒适的辅助训练。在本文的验证实验中,一种是利用无线表面肌电系统,通过比较静态下和训练状态下实验对象的呼吸肌肌电信号来分析其效果,我们发现训练状态下膈肌的运动强度比静态下显著降低;我们还利用VICON运动捕捉系统来比较实验对象在静态和训练状态下胸腔和膈肌的运动幅度,发现训练状态下两者的运动幅度比静态要低;利用K4b2心肺功能测定仪来精确测量患者静态和训练状态下O2输入、CO2的输出量,发现训练状态下两者的量也比静态下要低。这一系列的验证实验,均证明了在获得同样供氧的情况下,该机器人能够很有效地减轻患者负担和呼吸肌的消耗。同样,我们还研究了实验对象呼吸和训练动作之间的相位关系,有助于实现呼吸和训练动作的匹配。