目前机器人技术逐渐被应用到康复领域,辅助患者进行安全高效的康复训练。下肢康复机器人可带动患肢进行步行康复训练,恢复身体机能。传统下肢康复机器人存在训练时患者平衡失调、结构笨重和步态规划关节单一等问题。在此基础上,本文设计了一款新型减重式多关节驱动3自由度下肢康复机器人。基于人体下肢康复运动机理的研究提出本文下肢康复机器人的结构设计要求,据此,采用Pro-Engineer设计了具有平衡功能的下肢康复机器人三维模型,主要包括系统框架、跑步机、悬挂减重机构、四杆支撑平衡机构、外骨骼机械腿机构。同时,对关节驱动装置及传感器进行选型。在此基础上,采用ANSYS进行下肢康复机器人拓扑优化设计。对优化后重建模零件进行静力分析,满足强度要求。实现了结构最优、重量最轻,解决了传统康复机器人结构笨重问题。利用机器人学建立下肢康复机器人D-H坐标系,通过运动学分析得到关节角度变化量与末端位姿的关系,通过雅可比矩阵得到关节速度与末端速度的关系。根据蒙特卡洛法进行工作空间分析,采用MATLAB验证运动学。通过拉格朗日功能平衡法求得髋、膝和踝关节的动力学力矩方程。运动学和动力学分析为实现下肢康复机器人的运动控制和步态产生提供了理论依据。通过步态参数测试系统采集到正常人体步行时下肢各关节随时间变化的转角值。利用五次样条插值法进行摆动腿踝、髋及其他关节的步态规划,使得下肢康复机器人的步态更贴合正常人体行走步态。通过MATLAB拟合出下肢康复机器人在矢状面内前进方向和竖直方向的位置函数。采用ADAMS进行下肢康复机器人虚拟样机仿真,通过SPLINE函数驱动各关节,得到运动学和动力学仿真参数及特性,验证了理论分析的可行性。为验证下肢康复机器人设计的合理性,进行下肢康复训练实验。结果表明本文所设计的下肢康复机器人可以产生贴合人体步态的关节转角,且关节角速度曲线圆滑不突变,与仿真结果基本一致,说明运动稳定有效,可达到下肢康复效果。