在康复机器人研发中引入工业设计方法对机器人交互性和功能性进行设计提升,是提高机器人康复服务的重要手段。本文将工业设计方法与机器人技术相结合,提出一种针对脑卒中术后初期患者康复需求的下肢康复机器人,主要研究内容如下:针对脑卒中患者下肢康复的工作环境需求,提出满足下肢康复训练功能的康复机器人设计方法;结合下肢功能障碍病因机理进行用户情景分析,利用TRIZ理论的物-场分析法和标准解法明确设计方向和机构功能的概念要素,在此基础上对机器人机构设计中的承载适应性、场地通用性、使用安全性、训练舒适性以及技术可持续问题进行分析,提出符合人体关节运动机理且满足临床需求的下肢康复机器人设计要求。针对下肢康复机器人所提设计要求,将机器人技术与人性化设计理念相结合,提出符合用户临床需求的下肢康复机器人的形态设计及操作控制界面设计方法;基于三层次情感分析方法设计了用户的使用流程以提升操作体验,从而弥补了康复作业中精神情感方面的不足。提出康复机器人形态设计方案权重评价方法,并基于最优方案开展外观设计与优化,以达到形态与功能、形式与体验设计的统一;利用短暂记忆与长久记忆转换关系,构建符合人机自学习交互逻辑的信息架构和操作页面流程;设计符合医护人员和患者思维差异的人机交互界面,进一步提升了康复机器人智能化服务的质量。结合临床服务功能的需求,设计适用于脑卒中患者术后初期的单腿式多关节、腿长可调、适应患者在不同高度载具进行康复训练的机器人虚拟样机;建立机器人运动学模型,并对机械腿部分运动性能进行分析,基于关节角度与末端位姿参数的函数关系,求解机械腿末端的位置、工作空间、速度、加速度;利用多项式插值法对康复机器人多关节矢状面变空间下的关节运动进行分析,并对基于持续被动训练原理的矢状面直线运动和踏圆运动进行轨迹规划。利用拉格朗日法建立机器人动力学模型,建立机械腿各关节的力矩、关节速度、加速度等变量之间的映射关系。针对康复医学下临床训练需求,提出基于机器人位置信息的被动控制方法和基于沙土模型的主动控制方法;基于患者多种生理信息,利用人工蜂群算法对支持向量机的参数进行优化,建立患者疲劳度预测模型,进而对患者在康复训练中主动参与程度进行评价,为制定患者主动康复训练控制策略提供依据。搭建了单腿式下肢康复机器人实验平台,开展了机器人控制系统设计,对样机进行关节复位精度验证实验,对直线运动和踏圆运动末端轨迹进行跟踪实验,验证了机器人运行的平滑度与稳定性。对康复机器人形态和操控界面进行人因实验,验证了用户的审美和情感偏向;对机器人UI界面进行应用评价,验证该机器人能够满足脑卒中患者术后初期对下肢康复训练的需求。开展患者疲劳度实验,对训练过程中的疲劳预测模型的准确度进行验证。通过融合TRIZ理论、设计心理学等方法,将工业设计领域中的人性化设计理念植入康复机器人设计,对机器人展开机构设计、形态功能设计以及人机交互设计,可有效提升下肢康复机器人产品的价值,缩短研发周期。本文可为开发人性化、智能化下肢康复机器人提供技术路径,并对康复机器人的设计方法进行拓展与优化。