脑卒中(cerebral stroke)又称为“中风”或脑血管意外,是一种由于脑血管突然破裂或因为血管阻塞导致血液不能正常流入大脑而引起脑组织损伤的疾病。调查研究显示,全世界范围内,脑卒中都是导致残疾和死亡的一个重要因素,同时伴有患者年轻化的趋势。针对患者的大脑神经对患者肢体运动无法进行有效控制的问题,帮助患者进行重复性的肢体运动的刺激来重新建立脑部损伤神经与患者肢体之间的联系是目前主流的治疗方式。七自由度上肢外骨骼机械臂为附着于人体上肢的可穿戴设备,其运动方式与人类真实手臂运动相符,并越来越多的被应用于医用复健器械,因此,对七自由度上肢外骨骼机械臂的控制策略研究在康复工程中具有广阔的应用前景和科研价值。本文通过分析七自由度上肢外骨骼机械臂的运动特性,针对不同病患程度的患者,研究了随动助力控制、主动控制两种控制策略并搭建了七自由度上肢外骨骼机械臂的控制系统实验平台,主要工作内容如下:首先,采用D-H参数法对七自由度上肢外骨骼机械臂进行正运动学分析,并利用matlab建立了外骨骼机械臂的运动学模型,对正运动学分析进行了验证;另一方面,采用拉格朗日动力学分析方法对七自由度外骨骼机械臂进行动力学分析,利用matlab软件建立外骨骼机械臂动力学模型,并通过仿真得到机械臂运动过程中各关节的力矩变化,最后通过Adams对动力学分析进行了验证。限定了外骨骼机械臂的工作空间,确保康复外骨骼机械臂在工作过程中满足人体上肢各关节正常运动范围并为实验验证部分随动助力值的设定提供了有效的理论基础。其次,针对病症较轻的患者在七自由度外骨骼的工作空间内进行不确定运动轨迹的康复训练的任务,七个关节并联连接并采用相同的控制方式。通过力矩传感器与编码器实时采集数据,由外骨骼获取患者上肢七个关节的运动意图,以七个关节的力矩传感器与运动方向上的设定助力值的差值作为输入,通过PID控制求解出七个关节的输出速度,根据实时的各关节转动意图对患者实现设定的助力。最后通过三自由度平动机械臂平台初步验证了随动助力控制策略的可行性。再次,针对病情严重的患者,其上肢已经无法产生主动运动的力,无法提供自身的运动意图。基于学习人类策略的控制方法,以随动助力控制模式下患者的多次相同运动作为模板,通过基于动态时间规整算法的思想,将多次运动中采集的关节角数据集进行规整,最后利用傅里叶级数的表达形式拟合出关节角变化函数,逐步构建起主动控制模式的参考运动轨迹库。对应参考运动轨迹,通过对七个关节的位置控制实现外骨骼机械臂的主动控制。最后,根据随动助力控制模式以及主动控制模式,搭建七自由度外骨骼机械臂实验平台,开展控制策略可行性实验验证工作。设计并搭建了七自由度外骨骼机械臂系统的电路结构、软件框架及通信系统,通过分析人体上肢运动机理,分别进行了七自由度外骨骼机械臂随动助力运动实验以及七自由度外骨骼机械臂主动控制实验,有效验证了所提出的随动助力控制策略以及主动控制策略的可行性。