上肢运动障碍是脑卒中患者常见的后遗症,镜像康复将患者健侧运动信号与患侧辅助装置的控制策略相结合,融合了主动康复医学与机器人学,代替传统的康复治疗师,为运动障碍患者上肢功能康复提供新的途径。与传统的康复训练方法相比,镜像康复是以神经可塑性为理论依据的双侧对称的上肢运动模式,能够使未损伤半脑和损伤半脑进行交互,有助于神经系统恢复及运动障碍康复。与医师参与的康复治疗相比,镜像康复治疗更具有患者主动性。本文围绕上肢镜像康复机器人系统的关键技术问题,以实现患者主动控制患侧辅助装置完成肩关节外展/内收、肘关节屈曲/伸展等康复训练为目的,设计并实现了一种上肢镜像康复机器人系统,包括患侧辅助系统和健侧运动信息采集系统。患侧辅助系统采用末端牵引式设计机械结构,具有良好的手臂适应性;健侧运动信息采集系统是基于双目视觉技术实现对上肢运动方向、角度等信息的实时采集,与角度、力等接触式传感器相比,更加的安全和便捷;采用镜像转换技术将健侧信息采集系统与患侧辅助系统相结合,达到患者主动参与康复训练的目的。重点解决了健侧运动信息采集、患侧辅助装置设计、患侧控制系统设计数据传输等一系列工程技术问题。主要完成工作包括:(1)针对患侧辅助系统带动患肢运动问题,分析手臂生理结构及运动特性,结合末端牵引式康复机器人,设计并实现了患侧辅助装置,辅助完成了肩关节外展/内收、肘关节屈曲/伸展等运动。(2)针对患者主动参与康复训练控制问题,基于安全性与无接触的考虑,利用双目视觉设计健侧运动信息采集系统。通过双目摄像头采集患者健侧运动信息,由计算机分析运动角度、方向等数据,将结果镜像传送到患侧辅助系统。(3)针对患侧运动感知障碍问题,设计并实现了基于角度、位置等多传感器的患侧运动信息采集系统,实现了对患肢角度、速度和位置等信息的实时采集,为患侧反馈控制与康复评价提供客观的数据。针对惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的滤波问题,采用改进的两级扩展卡尔曼滤波算法,提高了运动信息采集精度。(4)针对辅助装置控制问题,基于患侧运动信息采集系统设计并实现了控制系统,包括硬件电路、下位机控制软件和上位机监控系统等。测试结果表明:系统软硬件均达到了安全性、可靠性和普适性的设计要求。