随着我国老龄化趋势的增长与“健康中国”发展战略的提出,康复医学地位显得愈发重要,本文以踝关节康复为应用背景,结合踝关节生物力学特性,以解耦并联机构型综合理论为基础展开了新型踝关节康复机器人的研究设计,将理论成果转化为实际应用。本文首先对踝关节生理结构及其运动损伤机制进行解剖分析,基于Open Sim中的肌肉骨骼模型对人体踝关节生物力学进行分析,得到踝关节运动方位与肌肉生理特性之间的关系,提出以肌肉训练为辅的静/动态踝关节康复运动策略。针对所提出的踝关节康复运动策略,在解耦并联机构型综合理论基础上,提出一种新型三转一移的串并混联机构作为踝关节康复机器人的主体结构,基于螺旋理论求解机构自由度和运动学逆解,证明康复机器人在控制方面具有完全解耦的特性;采用投影几何法对机器人进行尺寸优化,提高解耦踝关节康复机器人整体力学性能,利用Adams建立机器人的动力学模型并进行联合运动仿真,证明机器人具有控制独立,运动灵活的特性。对康复机器人进行整体制作与装配后测试其性能,发现人机转动轴线高度重合,但机器人在运动过程中易发生卡顿。基于第一代样机所出现的问题,提出第二代踝关节康复机器人。第二代踝关节康复机器人具有变自由度特性,可实现多模式下踝关节动态康复;通过闭环矢量法和坐标系的旋转变换得到第二代踝关节康复机器人运动学反解;对第二代踝关节康复机器人进行整体建模与静力学分析校核后,根据所制定的踝关节康复运动策略设定四种康复运动目标康复轨迹,进行动力学仿真分析,结果证明第二代踝关节康复机器人具有较好的力学特性且可按目标康复轨迹进行运动。搭建第二代踝关节康复机器人样机,采用Zynq-7000高度集成可编程片上系统进行样机的控制系统设计,令第二代踝关节康复机器人按目标康复运动轨迹进行实验,采集实验数据并处理后,证实了第二代踝关节康复机器人的有效性与准确性,完成了解耦踝关节康复机器人的设计。