由于脑血管病和脊髓损伤等原因造成的下肢运动障碍患者的数量是非常庞大的。康复医学基础理论表明,重复性的康复训练运动,能够促进人体神经系统的重塑,有助于人体运动功能的恢复。使用专业的康复机器人可以加快康复治疗的进程,提升康复治疗的效果。目前出现的床式康复机器人,如瑞士的Erigo,结构简单,驱动电机数量较少,成本较低,但只能进行简单的踏步训练动作,无法准确模拟正常人行走时的步态。相对的,有些外骨骼式康复机器人,如Lokomat,能够准确模拟正常人行走时的步态,其每个关节单独驱动,用到的电机数量较多,经济性差且控制较复杂。针对现有的康复机器人存在的问题,本文提出了一种基于运动耦合的床式步态康复训练系统。为了降低制造成本,提高其使用的方便性,该系统采用模块化的设计,各模块的运动共用一个电机驱动;步态训练机构采用凸轮-连杆生成精确的关节运动曲线,结构简单并且能够模拟出正常人行走时的步态;床体倾角可调,使其能够满足不同阶段的康复训练需求。本课题具体做了如下的研究:(1)介绍了人体下肢生理结构与运动特征,为确定床式步态康复训练系统的结构和运动参数提供依据。分析了髋、膝、踝关节之间的运动耦合关系,分析结果表明,行走步态膝关节与踝关节角度均可以由髋关节角度和角速度唯一确定。在此基础上分析了关节的运动与大腿、小腿、足部之间的运动耦合关系,分析结果表明,在行走过程中,大腿、小腿、足部的任一点的位置均可以由髋关节角度和角速度唯一确定。这样的耦合关系将为床式步态康复训练系统的设计提供理论依据。(2)对床式步态康复训练系统整体构型进行分析,确定了床式步态康复训练系统的整体组成。基于第二章行走步态关节运动耦合关系分析的结果,制定了步态训练机构的设计方案,建立了腿部运动辅助机构的人机耦合模型,探讨模型中髋关节角度、角速度与机构运动的关系,以此为基础设计腿部运动辅助机构的结构参数。基于足部运动与髋关节角度、角速度的耦合关系设计了足底支撑机构的结构参数。依据正常人行走时的运动耦合规律计算了各机构间的传动比,据此进行了传动系统的设计。最后建立床体运动学模型并进行运动和受力分析,为床体结构设计提供指导。(3)基于康复训练系统在动力学方面对患者个体差异的适应性,对腿部运动辅助机构做了动力学仿真,得到该机构正常运动所需的最大驱动力矩为62Nm,此结果为驱动系统的设计选型提供了参考。为了评价机构在运动学方面对患者个体差异的适应性,给出了评价的方法,并利用MATLAB的lsqcurvefit函数对腿部运动辅助机构的结构参数进行了优化,确定了一组机构参数的最优值,为腿部运动辅助机构的结构设计提供理论依据。(4)进行了床式步态康复训练实验系统的搭建,开展了系统的调试实验,在确认系统运行状态良好的情况下进行了载人的康复训练实验。实验结果表明,对于不同身高的实验者,此床式步态康复训练系统在不同的倾斜状态下都可以模拟正常人的行走步态,且在不同状态下实验所得的不同身高的实验者髋关节测量角度与标准角度的最大误差不超过5.5°,膝关节最大误差不超过6.7°。实验证明,使用此系统进行康复训练是可行的。