随着老龄化社会的到来和人们生活水平的提高,机器人在医疗康复和助老助残领域将具有重大应用前景。具有实质性医学科学研究内容的医工交叉研究将是医疗康复机器人的重要研究方向之一。可穿戴外骨骼机器人,它基于仿生原理,结合人体工程学,穿戴于患肢。肩关节是人体上肢的主要运动关节。偏瘫患者或肩关节受伤将直接影响到人的日常生活工作,因此对脑卒中偏瘫或损伤的肩关节康复治疗显得尤为重要。本文基于肩关节生理结构及运动机理,提出了一种用于肩关节康复训练的球面可伸缩外骨骼康复机器人。首先对偏瘫患肢机械康复训练的本质进行了分析,基于肩关节生理结构和运动机理,提出了对肩关节康复机器人设计和性能要求。针对设计要求和存在的问题,提出了一种球面可伸缩外骨骼肩关节康复机器人。利用坐标转换法建立球面可伸缩机构运动学模型,进行正逆运动学求解及奇异性分析,然后结合人体肩关节运动机理,进行运动学仿真分析,得出位移、速度和加速度曲线,验证该机构运动形式能达到肩关节运动要求。然后采用拉格朗日方程法建立肩关节康复机构系统动力学模型,并通过ADAMS进行了动力学仿真分析,为肩关节康复机器人的轨迹跟踪控制分析提供了理论基础。最后考虑到康复机构的运动精度将直接影响到肩关节康复训练的效果,甚至会造成二次损伤,为保证肩关节康复机构能在训练过程具有更好稳定性和位置控制精度,研究了其运动轨迹跟踪控制。分析了独立PD控制、具有重力补偿的PD控制和由PD控制演变而来的计算力矩控制算法。考虑到康复训练过程存在很多影响康复效果的不确定因素,提出了基于变结构补偿的PD反馈控制和PD反馈鲁棒自适应控制算法,然后建立了ADAMS与MATLAB联合仿真平台,对以上控制算法进行联合仿真。结果表明,PD反馈鲁棒自适应控制算法精度能满足肩关节康复训练要求。