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康复设备可以代替医护人员帮助瘫痪患者进行高重复性的康复运动。康复机器人具有运动定位准确,可承受工作强度大等优点。然而,目前很多康复设备在为患者做康复运动时,康复运动轨迹不明确,只是带动患者的患肢做简单屈伸运动。许多康复设备采用的是串联机械臂式结构,这种结构会导致结构自身负载很大,需要多个电机协同工作,对电机控制算法要求很高。因此本课题设计了一款由一个电机驱动的辅助人体下肢走出正常步态的康复设备,并且可以在康复过程中平衡人体下肢的重力。基于人体下肢的步态和StephensonⅢ六杆机构建立人体下肢康复设备的结构。从人体自然步态轨迹中选出5个具有代表性的点,设计出基于StephensonⅢ六杆机构轨迹综合函数发生器。采用同伦算法解函数发生器生成的多项式方程组,从得到的多组解中筛选出符合要求的解。使用MATLAB进行轨迹仿真,对比仿真曲线与人体实际步态,选出最优的一组参数作为机构的杆长参数。针对人体下肢对康复设备的负载,采用子系统法结合零初长弹簧建立重力平衡模型。分析单自由度杆件基于零初长弹簧实现重力平衡时的力矩和势能守恒。计算出多杆系统的重力势能总和,然后将其分解为n个子系统,结合零初长弹簧,使得各个子系统的势能守恒便可实现多杆的重力平衡。将多杆重力平衡模型应用于人体下肢,计算出零初长弹簧的弹簧系数,使用MATLAB进行势能守恒分析和力矩平衡分析,验证重力平衡的可实施性。采用闭环矢量方程建立运动学模型,对下肢康复设备进行运动学分析,通过消元法得到原动件与从动件之间的角位移、角速度与角加速度关系。采用欧拉-拉格朗日方程进行动力学建模分析,对比有无重力平衡两种情况下的力矩输入仿真图,发现采用子系统法结合零初长弹簧实现重力平衡可以减小电机的输出力矩。使用Simulink对下肢康复设备进行PD控制仿真和滑模控制仿真,为后续实验做理论指导搭建实验平台,采集设备辅助人体下肢运动的轨迹,对比轨迹仿真图,确定基于StephensonⅢ六杆机构设计的康复设备可以实现人体下肢步态重现。对比有无重力平衡时电机输出力矩的大小,验证重力平衡可以优化结构机械性能。