由于交通事故、工伤和自然灾害等因素,我国截肢患者人数众多。为了早日恢复身体健康,提高生活自理能力,回归基本社会劳动,安装假肢对于截肢患者来说显得尤为迫切。为了帮助截肢患者弥补身心创伤,恢复部分身体缺陷,需要研发更加轻巧实用的多自由度上肢假肢。然而当前我国上肢假肢的研发设计大多处于初级阶段,只有单自由度的运动功能甚至只起修饰作用。少数多自由度上肢假肢结构复杂、尺寸质量较大,与实际人体手臂尺寸难以匹配,达不到轻量化的要求,反而增加了截肢患者的身体负担,因此研发一种轻量化多自由度上肢假肢显得至关重要。针对大部分截肢患者的需求,本文研究了一种轻量化多自由度上肢假肢结构,功能上能满足截肢患者的使用要求,形状尺寸与正常人体手臂相似,并且尽量降低假肢质量以减轻患者的使用负担。首先,通过分析现有国内假肢主流产品,充分认识了目前上肢假肢设计的热点及难点,发现上肢假肢以单自由度假肢手为主,肩关节假肢研究还存在缺口。针对假肢结构轻量化设计这一研究热点做了深入研究。其次,分析了人体上肢生理参数与运动范围,并以此作为上肢假肢的设计依据。在确定了假肢的运动功能后,合理设计上肢假肢的自由度分布方式,对上肢假肢的尺寸质量与活动范围提出设计要求。再次,采用三维软件对上肢假肢进行结构设计。为使设计结构紧凑,减小假肢的尺寸,采用差动机构实现肩部的两个运动自由度。根据设计轻量化的要求,采用绳传动方式代替常见的齿轮传动。驱动机构采用带有行星减速箱的直流伺服电机。设计过程中还对上肢假肢重要结构件进行强度校核验算,对钢丝绳进行选型计算。然后,为了实现上肢假肢的智能化控制,对假肢进行了运动学分析。根据上肢假肢的结构建立其D-H运动坐标系,分析其运动学正解。在上肢假肢逆运动学分析上,采用了几何法与迭代法两种方法。运用蒙特卡洛法求解假肢的工作空间,并与实际工作空间进行比较。最后,设计开发了上肢假肢的控制系统,对上肢假肢各关节进行运动控制,完成了上肢假肢的关节测试与基本动作测试,实验结果满足设计要求。