本课题来源于深圳孔雀计划项目。截止到2016年底,我国60岁以上的人口已达到2.4亿人,占到了总人口的17.3%,我国已成为了世界上老年人最多的国家。随着我国人口老龄化日益严重,慢性疾病患者的数量也在越来越多,中风作为老年人的高发病,极易导致患者肢体运动障碍,引起患者偏瘫、瘫痪甚至死亡。此外由于交通事故、意外伤害、人们生活习惯的改变等原因,我国肢体残疾的人数也正在越来越多。膝关节作为人体最大最复杂,使用较频繁,损伤较常见的一个复合关节,对人们日常行动有着重要作用,因此对膝关节神经性损伤的康复研究具有重要意义。本文针对神经损伤患者的肌力增强训练阶段,以串联弹性驱动器为基础,设计出了一款人机交互性良好的膝关节康复外骨骼机器人,它使理疗师从繁重的手工辅助任务中解脱出来,并且可以根据患者的残疾程度进行调整,以为患者提供按需辅助康复训练,鼓励患者主动参与康复训练过程,提高患者膝关节的康复速度。首先,对串联弹性驱动器的通用模型进行了分析,其在低频范围内表现出了很好的特性。根据使用要求设计了一款串联弹性驱动器,并以该串联弹性驱动器为基础,设计了一款膝关节康复外骨骼机器人,其可以根据使用患者的体形进行宽度方向和高度方向的调整,以适应不同高矮胖瘦的人群。其次,对人机交互系统进行了建模,采用一种名义模型控制器的控制方法,将最优PD控制和干扰观测器等控制方法综合应用到控制器中,使膝关节康复外骨骼机器人具有了低输出阻抗、良好的人机交互性能以及鲁棒性等优点,并通过数值仿真进行了验证。然后,针对医师示教轨迹的长短,提出了两种示教学习路线,接着引出了膝关节刚度估计方法,利用阻抗控制设计了膝关节康复外骨骼机器人的变刚度助力控制方案,以实现为患者按需提供助力。最后,进行了膝关节外骨骼变刚度助力仿真实验,验证了该方案的有效性,并进一步对膝关节康复外骨骼机器人的技能泛化问题进行了仿真实验,发现通过将不同的位置轨迹和不同的刚度轨迹相结合,膝关节康复外骨骼机器人可以满足不同的任务需要,从而不用医师对其进行重复示教。