随着社会的发展与老龄化的加剧,肢体运动障碍患者逐年增多。为了恢复运动功能,必须进行高强度、重复性和任务导向性的康复训练,面对当前康复治疗师紧缺的局面,将外骨骼康复机器人系统引入到运动功能障碍康复训练,己经逐渐得到国内外研究人员的共识,并已取得一定的成果。由于缺乏人因工程的研究,导致现有运动功能康复装备系统存在结构不合理、穿戴舒适性差、缺乏安全与个性的运动规划及客观评价指标、病患康复积极性不高等诸多问题,因此,需要从人因工程角度对外骨骼康复装备系统进行研究,提升装备的可用性与时效性,促进实验研究成果向产品转化。本文针对外骨骼上肢康复机器人系统进行了研究,主要内容如下:(1)以人因工程为基础对外骨骼上肢康复机器人本体结构进行了设计。基于上肢的生理结构及生物力学、关节运动机理、人体测量学等人因条件对外骨骼上肢康复机器人进行了机构重建,设计7DOF外骨骼上肢康复机构,进行康复系统设计及工业设计并对复合康复运动进行追踪实验来验证系统的可行性。(2)从人因工程出发针对外骨骼穿戴舒适性问题进行研究,提出一种可穿戴装备舒适性的客观测量方法,此方法通过柔性压力测试系统对人体体压进行数据采集,采用动作稳定性来测试压力下的疲劳度,综合体压和稳定性客观地对舒适性进行评价,并进行实验验证。同时,研究从人的主观感受出发利用里克特量表建立舒适性主观评价标准,尝试综合主观和客观评价建立外骨骼穿戴舒适性的评价体系。(3)从人因工程中的人机交互技术出发,研究利用体感装备设计被动和主动的康复运动规划,利用Kinect设备构建上肢被动运动康复系统,利用Leap Motion设备构建主动康复系统,辅助外骨骼康复机器人完成康复训练任务,达到预期的康复治疗效果并进行实验验证。(4)针对上肢康复机器人缺乏客观评价标准的问题,利用人因工程中重要的参数——脑电信号(EEG),对外骨骼康复过程中的脑电信号进行记录和分析研究,探索外骨骼上肢康复机器人康复训练效果的评测方法,并进行实验验证。本论文在以下方面取得了创新性研究成果:(1)以人因工程为出发点设计开发的7DOF外骨骼上肢康复机器人,更加符合人体关节运动机理,具有更好的穿戴性和普适性,更好的工业设计。实验验证了其实现肩关节、肘关节、腕关节及多关节复合运动的合理性,为可穿戴装备设计提供了人因工程研究的新思路。(2)通过对可穿戴装备舒适性的研究,构建了综合主观和客观的舒适性评价模型,弥补了当前对可穿戴装备舒适性缺乏有效评价指标的现状,为可穿戴装备设计的舒适性提供应用理论指导。(3)研究应用Kinect和Leap Motion体感设备与康复运动相结合,提出了人因镜像疗法概念,开发了基于人机交互技术的新的被动康复和主动康复模式,使上肢康复系统可以实现同步和非同步的个性化康复运动轨迹定制,满足了针对不同病情的患者使用不同安全康复治疗方案的诉求,为构建低成本、家庭化、趣味性的康复运动新模式提供了理论和实践基础。(4)通过对外骨骼康复过程中生物信号的采集与分析,提出了利用脑电信号对外骨骼上肢康复运动效果进行评价的新方法,为脑电信号在外骨骼上肢康复中的应用提供了新的方向。本文从人因工程角度对外骨骼上肢康复机器人进行了系统的研究,为发现面向应用的上肢康复机器人系统提供了必要的理论依据、实验数据和研究经验;人因工程的深入研究会使得外骨骼上肢康复机器人技术发展越来越完善,有助于加速将实验阶段的机器人转化为产品,服务更多的运动障碍康复人群,对其研究具有积极的学术意义和重要的应用价值。