下肢外骨骼康复机器人主要应用在医疗康复领域,目的是给存在行走障碍的老年人或残疾人提供助力行走以及康复训练。随着近年来人口老龄化速度的加快以及各种疾病导致运动障碍患者逐渐增多,而传统的人工或简单的医疗设备已经不能满足患者的康复需求,下肢外骨骼康复机器人的应用有效的解决了当前我国康复医疗困境。本文主要从结构设计和控制仿真两方面对下肢外骨骼康复机器人进行了研究,具体内容如下:通过分析人体下肢骨骼结构、运动机理与行走步态,基于拟人化原则,确定了外骨骼康复机器人总体尺寸,设计出外骨骼构型方案,并完成驱动关节的配置以及驱动方式的选择。利用Solidworks软件为外骨骼康复机器人建立虚拟样机,在结构设计方面均以人体尺寸为设计依据,考虑到结构的安全性,利用Workbench对受力最大的单腿支撑相进行有限元静力分析,仿真出在不同髋、膝关节角度下支撑单腿的应力和变形。采用D-H法对外骨骼进行运动学正解分析,并用MATLAB软件求解末端踝关节位姿,利用拉格朗日法对外骨骼进行动力学分析,推导动力学方程;针对外骨骼康复机器人适用的对象,根据偏瘫步态特点,拟合出适合残疾患者步态数据曲线,并建立基于ADAMS的外骨骼人机穿戴模型,进行运动学与动力学仿真,得到下肢踝关节轨迹曲线、外骨骼行走位移、步长曲线和髋关节、膝关节力矩变化曲线,通过分析外骨骼机器人行走步态特征,验证了结构设计、驱动选型以及步态参数的合理性。根据外骨骼康复机器人运动控制特点,建立了 Simulink与ADAMS的联合仿真系统平台,在PID控制的基础上,引入模糊控制,并分别建立了基于PID控制和基于模糊PID控制的联合仿真控制系统,得到两种控制算法的轨迹跟踪曲线,通过结果分析表明模糊PID控制具有较好的控制效果。