在康复医疗和体育健身领域,肌力测评是准确评估病人或运动员当前的肌力水平并据此制定康复、训练计划的基本环节,提高肌力训练效率对于病人和运动员来说至关重要。另外,老年人肌力衰弱问题需要切实关注,全民健身运动也需要科学高效的训练方法。现有的肌力测评及训练设备主要由国外垄断,高昂的价格和维护费用使得只有少数城市的中心医院及科研院所配备,并且单次使用成本居高不下。因此,研制开发满足肌力测评和训练要求、同时成本较低的全模式施力器不仅具有研究意义,也有广泛的市场前景。因此,本论文通过深入研究肌力测评及训练原理,为全模式施力器的设计提供了医学生理学理论基础,并由此提出全模式施力器需具备的功能要求及性能参数。根据这些功能和参数,探讨了全模式施力器的实现方式并选择交流伺服电机作为全模式施力器的执行元件。通过研究伺服电机的控制原理和性能调整参数,为全模式施力器的设计尤其是控制算法的设计奠定理论基础。进一步,通过搭建以PLC为上位机控制伺服驱动器及伺服电机,以扭矩传感器作为反馈元件检测实时扭矩,以触摸屏实现人机交互的全模式施力器,实现了等张、等长、被动、等速四种训练模式。针对全模式施力器的器转矩、速度波动等问题,设计了相应的PLC程序算法予以解决。通过PLC的数据日志功能,对全模式施力器进行性能测试,测试结果表明选用伺服电机作为全模式施力器的执行元件的方案是可行的。为进一步测试和改进全模式施力器的性能,搭建了施力器测试实验台。该测试实验台可以输出与时间呈特定关系的转矩、速度,从而可以有效模拟实际使用过程中受试者的转矩输出和速度输出。该测试实验台通过调整辅助连接模拟装置的转动惯量、摩擦阻力、弹性模量三个参数,可以模拟实际使用中的多种辅助连接附件。通过对全模式施力器四种训练模式的测试,获得了全模式施力器的多个性能参数,并发现可以通过调整伺服电机的响应来进一步提高全模式施力器的性能参数。通过施力器测试实验台的测试,所设计的全模式施力器功能完备,用户体验良好,各参数满足要求。