脑卒中患病率高,是导致手功能受损的主要原因,对手部偏瘫患者的康复治疗已经成为现代康复医学和康复工程的研究热点。目前国内外主要通过肌肉强度锻炼,完成运动学习来复原或改善患手的运动功能。在各种手功能康复方法中,机器人辅助康复疗法被广泛采用。手功能康复机器人的主要任务是辅助患者手部关节及手指完成屈曲/伸展运动。柔性驱动手功能康复机器人的手套具有质量轻、与人手的贴合度高的特点,近年来国内外研究人员对此进行大量研究,但其因缺少机械结构,导致运动传递不准确、控制难度较高。本文主要针对一种柔性驱动手功能康复机器人控制系统进行研究,充分考虑到手功能康复机器人和人手之间的耦合性。通过控制鲍登线的伸长量来控制软体康复手套,从而带动患者的手完成手指关节的屈曲/伸展训练,并且可在指尖产生足够的指尖力来协助患者完成日常抓握动作,可以提高手功能障碍患者康复训练效果。本文的工作主要如下:(1)设计了柔性驱动手功能康复机器人控制系统的总体方案。对已有的手功能康复机器人本体,进行了硬件系统和软件系统的设计与优化。(2)手功能康复机器人运动学分析。利用三维运动捕捉系统记录手功能康复机器人运动轨迹得到各手指掌指关节和指尖坐标,由坐标计算得到各个时刻的手指弯曲角度。利用鲍登线伸长量和手指弯曲角度数据,通过系统辨识建立手功能康复机器人数学模型。(3)设计了基于滑模控制算法的手功能康复机器人位置控制器,保证系统的稳定性。针对滑模控制带来的抖振问题,采用在线自适应方法调整滑模控制项的增益参数,削弱了滑模控制方法导致的抖振。MATLAB仿真结果表明所设计的控制器可以达到康复医学和设计时提出的准确性。(4)基于柔顺控制理论,研究了基于位置闭环的阻抗控制算法。在已有的位置控制器上,增加阻抗控制外环,处理实际力与期望力的差值得到位置修正量,通过位置控制器跟踪期望的位置,实现抓握力的控制。MATLAB仿真结果表明,该方法具有可靠的力跟踪能力。(5)搭建实验平台,进行位置控制实验和抓握力控制实验。实验结果表明,在自适应滑模位置控制下手指弯曲角度稳态精度可达2°,系统的上升时间可达0.47s;在基于自适应滑模位置控制的阻抗控制下,手指抓握力稳态精度可达0.6N,系统上升时间可达0.27s。验证了该控制系统精度高、响应快,具有良好的鲁棒性。该柔性驱动手功能康复机器人控制系统不仅会增强手功能运动障碍患者的康复效果,加快康复进程,还将推动康复领域事业的发展,更好地解决人机交互问题,让科技真正的为人们的生活服务。