康复机器人是当前国际机器人领域研究的热点,涉及到诸多学科和众多复杂的问题。医学研究表明,面向任务的重复运动可以提高运动功能障碍患者的肌肉力量和协调性。腰部功能障碍患者越来越多,而康复师和智能化康复设备短缺,为了帮助患者恢复腰部运动能力,满足腰部功能障碍患者的需求,设计一种新型柔索驱动并联腰部康复机器人。本文对腰部康复机器人系统进行了基础性研究:机构设计、力学分析、控制算法、试验研究。针对人体腰部运动特性,所设计的腰部康复机器人由柔索并联平台、下肢外骨骼和上肢固定机构三部分组成,能实现患者腰椎三自由度转动康复训练;考虑人体下肢与运动平台的运动耦合,力学分析过程额外引入两组辅助坐标系建立了机器人的运动学模型,并运用拉格朗日法建立了机器人的动力学模型;采用双层控制器结构设计了腰部康复机器人的控制算法,底层控制器采用了PID算法对机器人进行位置闭环控制,保证了腰部康复训练的精度,高层控制器根据柔索的拉力变化值采用了模糊算法调整底层控制器参数,保证了机器人安全运行;以人体腰部转动康复训练为实例,规划腰部运动轨迹,进行康复训练数值模拟,同时,搭建了腰部康复机器人试验平台,进行多组康复训练试验。对比数值模拟和试验结果,柔索长度和拉力的数值模拟结果与试验数据相吻合,患者腰部的实际运动轨迹与预定的康复训练轨迹基本相同,表明所设计的腰部康复机器人能够完成腰部康复训练,是一种前景良好的腰部康复设备,试验数据对柔性智能化医疗康复设备具有参考意义。