下肢康复外骨骼是一种用于运动障碍患者进行康复训练的医疗设备,主要由机械结构本体和控制系统组成。本研究以下肢康复外骨骼为研究对象,以提供柔顺安全的康复训练为研究目标,综合考虑下肢康复外骨骼机械结构和人体下肢生理构造,构建人机耦合动力学模型,建立人机协同的智能控制策略,从而实现人体穿戴下肢康复外骨骼进行主动柔顺康复训练。本研究的主要内容包括:1.首先对下肢康复外骨骼的机械结构和电气组成进行系统描述,基于弹簧模型构建下肢外骨骼人机耦合模型,结合Lagrange法推导出人机耦合模型的动力学方程,并在Adams软件上进行运动仿真,验证了人机耦合模型的正确性,为后续控制系统的搭建提供准确的被控对象模型。2.由于人体和下肢外骨骼之间的交互力实时变化,本研究充分利用阻抗控制可以实现动态调节人机交互力与运动位置的优势,提出了基于阻抗控制的下肢外骨骼力矩反馈控制方法,实现对人机交互力的动态自适应调节,提高人机系统的柔顺性。为了验证控制系统的有效性,搭建下肢外骨骼单关节模型,通过仿真试验分析了惯性参数、阻尼参数和刚度参数对阻抗控制性能的影响,获得一组良好人机耦合性的最优阻抗参数,并作为后续智能控制算法实时调参的基础参数。3.针对基于阻抗控制的下肢外骨骼力矩反馈控制存在跟踪精度低和调节时间长的问题,提出了基于RBF-模糊变阻抗的下肢外骨骼力矩反馈控制方法,利用模糊控制对阻抗参数进行自适应调整,利用RBF神经网络对控制系统模型中的不确定项进行补偿。通过构建下肢外骨骼单关节模型仿真试验,验证了模糊控制和RBF神经网络降低跟踪误差和缩短调节时间的有效性。最后利用李雅普诺夫方程验证了控制系统的稳定性。4.为了验证本研究所提出的基于RBF-模糊变阻抗的下肢外骨骼力矩反馈控制方法能够实现对人机耦合模型的柔顺控制,搭建了Adams和Matlab/Simulink的联合仿真平台,与下肢外骨骼力矩反馈控制和基于阻抗控制的下肢外骨骼力矩反馈控制进行对比分析,仿真结果表明系统的跟踪性能和人机运动的一致性得到明显改善。