对于上肢运动障碍的脑卒中患者,上肢康复外骨骼是弥补人工康复训练不足、降低医师工作强度的关键设备。针对盂肱关节的瞬变转心属性,采用高等机构学理论,对上肢康复外骨骼进行构型综合,综合出多种肩关节环链Θs和肘前臂环链Θef构型组合,基于构型优选原则,遴选出人机相容性较好的兼容型外骨骼构型。在此基础上,设计并研制含重力平衡系统的上肢康复外骨骼Co-Exos,将弹性元件引入被动滑动副,以改善引入被动关节而产生的不确定性和运动协同性。基于盂肱关节的运动学模型,建立了肩关节环链Θs的人机相容性模型,同时,提出一种追踪和补偿盂肱关节竖直方向位移的方法,将外骨骼Co-Exos与上臂简化为变杆长的导杆机构,推导出被动副的运动学模型。搭建人机相容性试验平台,测量人体上肢在抬升过程中被动副的位移曲线,通过与被动副的理论位移曲线对比可知,肩关节环链Θs和兼容型人机闭链均可补偿与追踪盂肱关节大部分空间位移变化,尤其对竖直方向位移补偿效果最佳,因此,外骨骼Co-Exos与人体上肢具有较好的人机相容性。