手作为人体重要的器官之一,在日常的生活、工作中具有无可替代的作用,然而其运动功能会由于创伤或脑卒中等因素而受损,需借助科学的康复训练来恢复。机器人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,对手部康复训练机器人的研究已成为医疗机器人研究领域的热点之一。本文重点对康复机械手的机械结构及其控制系统进行了设计,并深入进行了运动学分析、虚拟样机仿真分析、数据测量实验平台的搭建及物理样机实验。首先,本文通过探索正常成年男性手指运动规律,拟合出手指三关节弯曲角度的变化函数。在分析人手生物学特性的基础上,本文对穿戴式康复机械手的手指训练执行机构、传动机构及下位机控制系统等模块进行了设计与研究。其中,为解决手指的弯曲/伸展运动与内收/外展运动而设计了2自由度的手指训练机构;该训练机构将患者手指作为机构的一部分,使机械手外骨骼关节回转中心轴线与患指关节回转中心轴线重合,避免发生患指与机构之间的滑移现象,此外还能够适应不同尺寸手指的患者使用;为简化控制系统及节省患者手部的使用空间,采用了单一电机的驱动形式。其次,为获得相应理论运动参数及方便后续控制,本文建立了手指训练执行机构的数学模型并对其进行了运动学分析。结合闭链级联式结构的特点,本文提出主体机构的运动学分析方法,即根据各个外骨骼闭链的结构关系分别建立运动学方程,求解所需参数。接着,为进行样机实验,本文搭建了相关数据测量实验平台。该实验平台主要由霍尔式角度传感器、压阻式力传感器、端子板及工控机等部分组成。各传感器主要用来反馈实验过程中的关节弯曲角度、压力信号,并传输给工控机进行后续分析。其中,为获得较为准确的实验数据,力传感器在使用前进行了标定实验,具体通过调整驱动电压和反馈电阻阻值来获得最佳压力测量范围与最佳压力测量精度。最后,本文对康复机械手进行了虚拟样机仿真分析及物理样机实验研究。仿真分析包括对机械手主体机构的运动学及动力学仿真进行分析。将ADAMS仿真得到的轨迹曲线与MatLab求解得到的轨迹曲线进行对比,验证数学模型的正确性。实验内容包括人手适应性实验、连续被动康复训练实验、主动康复训练实验、手指指面正压力测量实验。通过人手适应性实验验证了机械手样机对不同尺寸手指的适应性;通过主被动康复训练实验验证了设计方案的合理性及稳定性;通过手指指面正压力测量试验验证了机械手样机的安全性,即不会对患者手指造成二次伤害。