目前,可有效改善患者运动功能的康复机器人正逐渐为大众所接受。康复机器人训练系统不仅可以为患者提供安全有效的肢体运动训练,还可以改善患者的心肺功能,减少肌肉萎缩以及防止因长期卧床而带来的诸多并发症。同时,脑卒中患者病发后越早进行康复训练,越能有效地减少后遗症、降低患者的致残率,帮助患者更好地回归社会。因此,本文提出了一种可帮助早期患者进行康复训练的床上肢体康复训练机器人。首先,分析了人体的生理结构、运动特点及运动空间。基于上述分析,简化了人类肢体的运动自由度,同时综合考虑该款康复机器人的应用场景与应用对象,确定了人体关节的运动范围,根据以上的分析结果进行了床上肢体康复机器人的总体结构设计。其次,对设计的上肢康复模块进行运动学分析,得到该上肢康复模块的运动学正解,基于计算的机器人的实际运动范围,利用蒙特卡洛法求解该上肢康复模块的工作空间;根据规划的运动轨迹,利用仿真软件计算出带动患者上肢进行康复训练所需要的电机驱动力;为了保护患者康复训练的安全,建立了基于力的雅克比矩阵的安全保护机制。再次,对设计的下肢康复模块的机构进行分析,建立了下肢康复模块人机系统模型;为了保证患者康复训练过程中的舒适性,避免由于速度突变而对患者带来的冲击,利用五次多项式规划了机器人运动轨迹;还建立了下肢康复模块动力学模型,并基于该动力学模型计算出带动患者下肢进行康复训练所需要的电机驱动力。最后,设计了康复机器人的控制系统,首先基于PID原理,利用力的雅克比矩阵,设计了可实现患者关节力矩安全保护的被动训练控制策略;然后为了重建患者的运动感觉,为患者提供踏于沙土之上的真实体验,设计了基于沙土承压特性的主动训练控制策略,该控制策略能够控制机器人模拟软硬两种沙土环境,提高康复训练模拟的真实性。