随着人们生活水平不断提高,越来越多的膝关节炎患者开始注重科学合理的康复训练,以恢复行走运动能力,虽然国内外对于下肢外骨骼助行器的研究已经逐渐走向成熟和商品化,但针对单关节的助力康复设备的研究相对较少。因此课题的研究具有重要的实际意义。本文的研究目的是设计一个助力式膝关节康复器,可以支持患者进行被动训练、半被动训练和主动训练三种模式下的康复训练。本文首先分析了国内外各种不同形式外骨骼,了解了目前国内外相关研究现状,并总结了每个代表性产品的运动模式、控制策略等核心特点。对人体下肢特别是膝关节的解剖学特点和运动机理进行了分析,研究了人类正常行走的步态特征,并用Vicon动作捕捉系统对10名男性受试者进行了步态采集,获得了真实的膝关节角度变化曲线。然后根据患者的康复训练方案和一般机械结构的设计原则对结构进行了初步设计,介绍了康复训练的三个阶段,并根据被动康复阶段的训练方式建立了辅助支架模型。对照了三种主流的驱动方式,最终选择电机驱动作为结构的驱动方式。使用ANSYS软件对关键零部件的疲劳强度进行了校验,结果证明零件在承受使用载荷的条件下的疲劳寿命符合条件。之后使用Adams软件对结构进行动力学分析,选取第二章采集的膝关节角度曲线作为仿真计算中的运动依据,选取关键点之后编写STEP函数,进行仿真计算。并根据仿真的结果得出了康复器带动下肢完成行走的所需力矩,以便完成电机选型。最后对康复器进行了人机优化,对康复器所处的人-机-环境系统分别进行了分析,并进行了外观设计。结果证明,本文提出的助力式膝关节康复器设计的功能满足康复需求,整体结构符合轻量化设计和疲劳强度要求,形式上与人体下肢运动方式一致,根据使用者生理和心理舒适度的角度对尺寸调节、绑缚位置等方面进行了人机优化,方案满足设计要求。