康复机器人由于具备运动可重复性高、位置精确可控、能记录患者重要状态信息等特点,逐渐成为可以取代传统理疗师进行物理康复训练的重要工具。老年人容易遭受脑卒中等神经功能疾病的侵害,大多数此类疾病的幸存者都存在运动功能受损问题。根据此类患者的病理特点,康复治疗需要实现肢体协调性和肌肉力量的共同康复。此外,在机器人辅助运动康复领域,机器人的控制方法需充分考虑患者的主动性,防止由于过多的外界辅助而造成患者自身懈怠和康复效果下降。根据患者在不同阶段的生理特点和康复需求,本文主要研究提高主动参与程度的康复机器人按需辅助控制方法。为此进行了以下研究工作:(1)针对处在康复初期的患者,以提高肢体协调性为康复目的,依托现有的下肢康复机器人平台,研究基于阻抗模型的人机交互方法。在此基础上,进一步研究机器人辅助水平调整方案,提出基于自适应阻抗模型和虚拟管道的控制方法,实现一种根据受试者运动表现而调整机器人辅助力,能够有效提高肢体协调性和灵活性的按需辅助控制方法。在实际环境中对所提控制方法进行实验验证和分析。(2)在患者的肢体灵活性和协调性得到明显改善后,需进行增强肌肉力量的康复训练。由于运动表现不能定量评估其物理运动能力,引入骨骼肌肉模型,利用其实现对肌力和关节力矩的定量评估。重点研究骨骼肌肉模型的建模方法,提出个性化的骨骼肌肉几何学子模型,实现对肌肉长度和肌肉收缩力力臂的评估。结合正、逆动力学基本原理,利用优化算法进一步对整体模型的参数进行个性化调整。最后对整体模型的可行性和有效性进行实验验证与分析。(3)设计基于骨骼肌肉模型的人机接口,在实际环境下对接口进行实验分析。在此基础上,提出基于骨骼肌肉模型的按需辅助控制方法。为了评估康复训练任务的动力需求,研究下肢动力学过程。最后,在实际环境下,结合基于阻抗模型的力跟踪控制器,实现一种根据受试者主动努力而定量调整机器人辅助力,能够有效提高肌肉力量训练效果的按需辅助控制方法。