近年来,随着人口老龄化问题的加剧,以脑卒中为代表的心脑血管疾病导致的上肢功能障碍患者的数量日益增多,我国康复训练的需求呈现爆发性的增长。基于康复医师的传统训练模式逐渐显露了弊端,与此同时,基于康复机器人的康复训练手段,以其标准化、客观性和稳定性的特点,成为解决这一问题的有效方法。然而,如何建立匹配人自然运动特征与运动范围的外骨骼康复机器人设计原理与方法一直是当前国际上的挑战性问题。围绕这一难题,本文开展相关研究工作,提出了一种具有关节自对准能力的外骨骼康复机器人的设计方法,主要内容有:1)基于人体解剖学机理,研究了人体上肢运动学特征,揭示了上肢运动的自由度分布与运动空间范围,为上肢外骨骼康复机器人的设计奠定了生理学基础。2)根据人体上肢自由度的分布情况,提出了一种上肢外骨骼康复机器人自由度配置方法,建立了兼容外骨骼康复机器人和人体上肢的人机双链系统,运用主成分分析方法定量分析了人体肩关节的运动数据,提出了一种关节轴线偏置设计的方法,形成了关节自校准外骨骼康复机器人的机构设计方法。3)针对康复机器人肩部关节偏置设计的独特特点,建立了关节自校准外骨骼康复机器人的正逆运动学分析方法,揭示了这种关节自校准康复机器人的运动特征,为运动控制提供理论基础。4)在设计方法的指导下完成了外骨骼康复机器人原理样机的研发,并通过被动康复训练实验、主动康复训练实验和肩部偏置对比实验验证了设计方法的正确性。