随着人们生活习惯及工作方式的改变,颈椎病的患者数量正在逐年上升,且患病年龄呈现年轻化的趋势,其治疗方法也引起了学者们的广泛关注。在临床上,传统中医按摩疗法对颈椎病具有非常良好的治疗效果。但是,该治疗方法需要医师拥有非常专业的按摩手法和临床经验,普通医师难以满足患者的需求。因此,结合中医按摩学、生物力学及机器人学等多门学科的按摩机器人应运而生,并快速发展。本文将设计一种颈椎康复按摩机器人,通过机器人灵巧手的柔顺控制实现各种按摩手法,从而协助医师完成颈椎康复的按摩任务。针对按摩机器人的关键技术,对现有按摩机器人和仿人灵巧手的研究现状进行了分析和总结。通过对颈椎病的病理病因和康复按摩机理的分析,选定了点按、指揉、弹拨和提拿四种按摩手法,并将此作为按摩机器人所需实现的基本功能。根据各种按摩手法的运动特征和功能要求,设计了包括按摩定位机构和灵巧手两部分的颈椎康复按摩机器人。其中,将灵巧手设计为绳驱动的三自由度欠驱动结构,用于完成各种按摩手法。针对机器人灵巧手机构,运用改进DH参数法和牛顿欧拉法分别建立正运动学和动力学的数学模型。通过静力学方法分析灵巧手末端两关节在受力和不受力两种状态下的耦合特性,并根据关节角的转角范围得到了相应状态的工作空间。基于各种按摩手法的运动特征,完成按摩机构末端康复轨迹的规划。通过数值求解建立灵巧手在受力状态下的逆运动学模型,得到各关节角度和各绳索长度的变化曲线。利用Simscape Multibody工具建立灵巧手的动力学仿真模型。通过Simscape模型仿真得到各关节驱动力矩和各绳索拉力的变化规律,为机器人的控制提供了理论依据。为了实现按摩位置的精确性和按压力的稳定性要求,设计了力/位混合控制策略。通过绳索模型将绳索的力控制转变为位置控制,建立了基于绳索位置控制的控制系统模型。根据绳索驱动单元分析绳索位置控制的传递模型,并在Simscape模型的基础上建立了Simulink仿真系统,对按摩位置跟踪性和按压力的柔顺性进行了验证。为了验证按摩机器人控制策略的可行性,搭建拇指的实验样机。通过对点按、指揉、弹拨三种手法的按摩实验,得到不同轨迹下的位置跟踪和力反馈曲线,验证了按摩机器人力/位混合控制策略的可行性。