踝关节作为人体下肢最重要的活动和负重关节,其损伤是临床中常见的症状之一。踝关节康复大多需要康复机器人对患者进行康复训练。现有踝关节康复机器人机构设计缺少以人体真实踝部运动位姿为依据,存在设计的踝关节康复机器人与人体踝关节真实运动不协调、不一致等问题,影响患者康复效果。本文以人体踝关节骨骼结构特征与踝关节运动模式为依据,利用实验设备采集踝部运动数据并获得踝关节等效模型轴线位姿参数,以此为基础设计能够满足人体踝部康复需求的人机运动相容型踝关节康复机器人机构,并对人机系统模型进行运动学分析与参数优化,主要研究内容如下。首先,基于人体骨骼结构特征与康复运动模式,提出RR等效模型作为踝关节康复运动模型,在合理确定踝部体表贴点位置并规定实验测量步骤与要求的前提下,利用VICON运动捕捉系统分别采集人体踝部背伸/跖屈和内翻/外翻运动时的实验轨迹,依据曲线变化规律,对其运动轨迹进行函数拟合。其次,基于拟合的函数模型,利用空间曲线曲率中心原理分别得到人体踝部胫距关节和距下关节轴线相对于小腿坐标系位姿参数,依据曲率中心坐标图像变化特点,通过截取稳定区间并对区间内数据采用箱体图过滤的手段对实验数据进行校准,统计每名实验者踝部各关节轴线数据结果,得出人体踝关节RR模型的位置坐标参数。然后,通过实验确定的人体踝关节RR模型位置坐标参数,根据构型优选原则并结合实验轨迹特征,引入被动副P和S,使人体踝关节等效模型RR与外部机构RRPS组成二自由度的人机闭链恰约束系统,实现人体关节与康复机器人的人机运动相容。建立整个人机闭链系统RR/RRPS运动学模型并分析其工作空间,结果表明,人机相容型踝关节康复机器人机构能够满足踝部康复运动转角范围与康复工作空间的需求。最后,对RR/RRPS人机相容型踝关节康复机器人运动学性能分析和优化。基于能效系数计算人机闭链系统在各个位形下的局部运动/力传递性能,并绘制性能图谱。以全域运动/力传递指标大于0.22为优化目标,采用空间模型法对康复机器人机构杆长参数进行优化。优化后的人机闭链系统优质工作空间达到0.24,该人机闭链系统在康复范围内具有良好的运动学性能。本文基于实验得到踝关节RR模型参数,提出RR/RRPS人机相容型踝关节康复机器人,并进行运动学分析以及参数优化,为后续样机制作和控制系统设计提供前提。