近年来,随着机器人技术、虚拟现实技术以及无线通讯技术的不断发展,力反馈人机交互技术的应用范畴不断扩大,在遥操作机器人、远程虚拟手术、康复医疗、虚拟现实等领域发挥了重要作用。力反馈技术是多感官反馈人机交互技术中重要的一环,操作人员通过力反馈装置和虚拟环境进行交互,并将操作者的意图传递给虚拟环境或远端机器人,执行具体任务,同时力反馈装置将虚拟环境或远端机器人的力觉信息反馈给操作人员,提供高临场感受。力反馈装置作为人机交互系统的接口,其性能决定了人机交互系统的安全性、准确性和真实感,是力反馈技术的研究重点。本文针对力反馈技术的多种应用需求,开展了对力反馈手控器技术的研究,设计了两种不同应用方向的力反馈手控器系统。首先针对遥操作领域中机械臂控制系统的应用,本文设计了基于混联式七自由度力反馈手控器的虚拟人机交互系统,该系统通过位置逆解的标定方式,降低了位置正向解算中的参数误差,可以精确跟踪操作者手部位置;通过虚拟抓握实验,验证了对虚拟机械臂的控制,相较于无力反馈系统,基于力反馈手控器的人机交互系统大大提高了操作精度和安全性。为了进一步研究力反馈手控器技术在上肢康复训练领域的应用,本文在混联式力反馈手控器的结构设计基础之上,设计了新型桌面式二自由度力反馈手控器,并对二自由度力反馈手控器的结构设计、位置解算、静力学分析、人机交互系统的软硬件设计及性能评估等方面进行了研究分析。在机构设计方面完成了新型二自由度力反馈手控器的制作与几何位置解算、静力学的建模分析,在硬件控制系统上完成了对力反馈手控器的末端位置解算、直流电机的闭环控制及上下位机之间的通信;在软件系统上完成了上位机调试软件的设计,搭建了面向上肢康复训练的多种虚拟场景设计和主被动训练模式设计。本文的主要研究工作和创新点在于:（1）设计了面向遥操作和上肢康复训练应用领域的两种力反馈手控器,基于混联式设计原则,通过并联连杆结构、菱形拉伸结构及串联式末端结构,实现了力反馈手控器的机械解耦,降低了软件解算复杂度,提高了解算精度。（2）针对二自由度手控器设计了主动阻抗训练和被动牵引运动两种工作模式。被动牵引模式采用位置-速度-电流三环串级PID控制算法对各自由度的直流电机进行闭环控制,实现了力反馈手控器的轨迹跟随运动;主动阻抗训练模式采用电流闭环的控制模式,实现了力反馈手控器阻尼力训练。（3）软件设计方面,采用上位机调试软件与虚拟场景软件分离式设计。上位机调试软件可提供4种工作模式,支持双手手控器系统的连接和多种虚拟场景软件平台的扩展,能够对手控器系统和虚拟场景分别进行离线调试。虚拟场景软件部分设计了一种虚拟机械臂抓握场景和六种上肢康复训练虚拟游戏场景,能够完成较好的人机交互操作。（4）性能评估方面,搭建了三维位置标定平台和三维力标定平台,实现了对力反馈手控器末端三维位置和力的标定,验证了本文力反馈手控器的性能。