传统物理治疗是康复脑卒中患者上肢运动障碍的一种有效手段。但传统物理康复治疗对医师医学水平要求较高,且随着患者数量增加,现医师数量已不能满足患者康复需求,康复机器人能有效地弥补这部分空缺,可用来改善目前传统物理治疗状况。本论文在充分调研国内外上肢康复机器人发展状况基础上,设计出一套拥有较高精确度及重复度、更符合人体肩部运动规律的上肢外骨骼康复设备。基于人体肩部解剖学结构及肩部关节组织对组成骨骼的运动形式进行划分,确定上肢自由度数量。采用肩峰等效替代盂肱中心的方法确定肩肱节律行为下实际肩部运动特性,模拟肩部运动过程,设计出实现肩胛骨、锁骨、肱骨与盂肱中心相对运动关系的五自由度多连杆肩部康复外骨骼机械结构。为解决人机之间的拉扯感由肩部旋转中心不匹配及上肢在非肌肉力作用下的被动运动所产生的问题,通过使用平行四边形机构解决人机旋转中心瞬时不匹配的问题,并在平行四边形机构把旋转运动转变为平移运动基础上,配合使用定轴转动关节组成两自由度肩胛带机构,以完全模拟肩胛带的运动协同。采用肩部运动等效替代方案,使用串联三自由度球铰机构实现整个肩关节在三维空间下的自由运动,并对各关节的配置角度进行界定,在最大化为患者提供合理的最大范围的肩部运动。为满足人机工程学,提高普遍适用性,对机器人进行整体尺寸设计,采用可伸缩支架以适应不同患者肩高;基于肩宽与锁骨长的相关性,通过双螺旋设计以适应不同患者盂肱中心匹配,节省临床调整时间;利用三维造型软件设计人机匹配尺度,解决非肌肉力作用下的上肢被动运动。基于外展时最大力矩及上肢生物力学,结合健康人生活运动频率对各关节电机和减速器选型,使用串联弹性体模块提高驱动系统的柔顺性。为提高求解效率,利用球铰中心线与胸锁关节枢轴垂直的特征建立机器人运动学模型,使用平行四边形机构在运动学差异性小等特性对外骨骼机器人运动学模型等效简化,通过添加辅助坐标系,将五自由度机器人转变为六自由度计算后获得简化D-H参数表。为获得机器人末端执行器的位姿,采用改进D-H法推导出机器人正运动学方程,采用封闭解中代数法求得满足位姿要求的各关节运动学反解。为验证机器人运动学正确性,采用ADAMS、MATLAB仿真验证,通过肘部测量结果的计算值与仿真值验证抬臂抓取动作的运动吻合性。为获得机器人运动空间,采用正常人肩部及上肢极限运动空间做为分析依据,使用双向验证方法对机器人模型进行自由度数量及运动空间仿真分析,识别出肩胛带运动及上肢做外展/内收、内旋/外旋、屈曲/伸展时的空间运动角度、位移量。帮助脑卒中患者独立进行康复训练,实现多时长、多方向、多维度的自我训练,对脑卒中患者肩部外骨骼原理样机开发及今后临床试验奠定了基础。