康复机器人是医学与机械技术相结合的产物,在医疗机器人领域有着至关重要的作用。当前,我国老龄化进程的不断推进、意外事故的频发,导致下肢运动功能受损的患者不断增加。日益增多的下肢运动功能受损患者与我国严重贫缺的康复理疗师之间存在着无法忽视的矛盾。目前,上肢康复、助力机器人的发展已较为成熟,覆盖了肩关节,肘关节以及腕关节。而下肢康复机器人研究相对较少,并且还存在许多问题。针对目前研究的不足之处,本课题设计新型混联式踝关节康复机器人,对其进行了较为系统的运动学、康复效果分析,主要内容总结如下:简要阐述了踝关节的生理构造,对踝关节的活动范围进行分析,得到了踝关节绕三个轴的转动角度以及被动牵引自由度。根据踝关节的康复要求和自由度,基于虚拟链法设计了混联式踝关节康复机器人。该康复机器人能够满足三转一移的四自由度康复需求,同时可以满足人体不同姿态下的康复需求,以及康复治疗实现步态适应性训练。设计了调节装置,适应个体差异,确保机械结构的旋转中心与人体踝关节旋转中心在空间上重合,以提高安全性。基于螺旋理论和修正后的G-K公式对混联式踝关节康复机构进行了自由度的分析及验证,2-URS/PRU机构为三转一移四自由度并联机构,4-RPR为两移一转三自由度机构。建立空间坐标系,结合闭环矢量法、D-H参数法、几何数学以及空间位置坐标变换原理求解机器人的运动学正解、反解。利用极限空间搜索法求解得到2-URS/PRU机构的工作空间以及绕转动中心的转角空间。经研究,该机构满足踝关节康复需求,适用于踝关节康复。基于一阶影响系数矩阵和二阶影响系数矩阵对2-URS/PRU机构的速度、加速度问题进行运算,并得出输入和输出的数学关系。对该混联式康复机器人的运动学进行仿真分析,分别得到背伸-趾屈、内翻-外翻、内收-外展运动记录点的位移、速度等物理量变化曲线,并进行逆运动学仿真,得到驱动数值曲线变化图。对人体在平地行走步态分析,并进行步态康复仿真。整体过程平稳,无突变。基于生物力学软件对该康复机器人进行康复仿真,分别进行背伸-趾屈、内翻-外翻、内收-外展运动的仿真分析,分析在整个康复周期内的最大肌活动量、肌肉长度、活动度以及肌力的数值变化。康复过程中肌肉活动明显,具有良好的康复效果。本文通过理论分析与仿真相结合的方法,设计了混联式2URS/PRU-4RPR机构,并验证了可行性和合理性,为治疗踝关节损伤提供了新的方案,具有良好的理论价值和应用前景。