随着经济社会的发展,我国老龄化趋势日益严峻。老年人中存在大量的中风、偏瘫患者,基本丧失行走能力。同时,因意外事故导致下肢运动障碍患者的人数日益增多。现代康复医学表明,病患下肢在药物治疗的基础上,接受正确、合理的步态康复训练,对于行走能力的恢复极其重要。现有的下肢步态康复训练机器人主要是穿戴式外骨骼机器人。多数外骨骼机器人的自由度与人下肢的自由度并不匹配,外骨骼机器人很难适应人下肢的运动,造成人机交互柔顺性差。同时,外骨骼机器人的下肢长度调节机构具有一定的局限性,不同身高的患者穿戴时,人机关节的对中性差,位置上有较大偏差。针对目前外骨骼机器人存在的问题,提出了一种误差自适应的欠驱动康复训练机器人。从康复训练机器人的结构上做出改变,解决了人机自由度不匹配和人机关节对中性差的问题,提升了人机交互的柔顺性和机构对个体的适应性。本文的具体研究内容如下所示:(1)欠驱动机器人构型设计及建模分析。在介绍欠驱动康复训练机器人构型原理的基础上,给出机构的人机耦合模型。建立模型的正逆运动学方程,为后面系统的运动控制提供理论依据。利用拉格朗日方法建立模型的动力学方程,给出各驱动件水平力和各关节受力的方程,为动力学的仿真分析提供理论依据。(2)欠驱动机器人的仿真和各参数的分析与综合。介绍了关节角度数据采集系统,并给出单侧下肢一个步态周期内的关节角度。进行人机耦合模型的运动学仿真,验证运动学模型的正确性和机构个体适应性的特点。对人机耦合模型中各参数对动力学结果的影响作出理论分析,确定主要和次要影响因素。利用动力学仿真确定主要参数的最优解,同时仿真结果验证驱动件水平力模型的正确性。最后基于以上数据给出机构驱动件主要零部件的设计选型。(3)参数在线辨识和轨迹规划方法的研究。首先介绍了一种人体下肢长度参数和连接参数在线辨识的方法,用于辨识难以实际测量的值,并利用仿真验证方法的正确性。其次介绍了基于辨识结果对驱动件进行的轨迹规划,利用仿真验证轨迹规划方法的正确性。最后介绍了人正常行走时双侧下肢的步态周期情况,并基于关节角度数据采集系统给出一个步态周期内双侧下肢的关节角度,为双侧驱动件的轨迹规划提供依据。(4)欠驱动康复训练机器人的实验研究。完成了实验系统机械本体、传感器系统、控制系统软硬件的设计及搭建。开展了系统单轴调试和步态调试、单关节康复训练、结合参数在线辨识和轨迹规划的下肢步态训练的实验研究。实验结果表明,本文所设计的欠驱动康复训练机器人性能良好,康复训练达到预期的效果。