随着现代康复医学和科技的发展,智能康复机器人技术的研究有了很大进展,康复机器人可以有效改善肢体运动功能障碍患者的运动能力,提供更多的康复训练资源,达到更好的康复效果。绳驱动康复机器人使用绳索取代刚性元素来驱动肢体运动,具有工作空间大、运动惯性低、承重能力强、灵活性好等特点。本课题设计了一种用于肢体训练的多功能新型绳驱动康复机器人,相比较于传统的康复机器人,可以提供多姿态的肢体关节康复训练,减轻患者的训练负担。为解决康复机器人柔顺性不强,康复效果不佳的问题,本课题对绳驱动康复机器人进行结构设计、运动规划、建模仿真与控制以及样机实验,主要研究内容如下:首先,分析了人体肢体结构和运动特性,在此基础上,根据康复要求,确定了绳驱动康复机器人的总体设计,详细介绍了机器人的结构组成和工作原理。针对患者的下肢康复,在下肢关节角度的约束范围内,采用D-H法建立了人体下肢运动学模型,利用蒙特卡洛法确定了下肢末端的舒适运动范围。其次,为了改善康复动作的柔顺性,采用封闭矢量法建立了绳驱动康复机器人的运动学模型,基于人体下肢运动学模型,进一步推导了人体关节角度与绳长的关系。在人体关节空间中,提出一种基于S型曲线的五次多项式算法,规划了一种三角式康复动作,根据康复动作,设计了卷绳机构的运动位置,并通过两个指标说明了所提出的规划算法具有更好的柔顺性和更低的能耗。再次,针对被动康复模式的轨迹跟踪精度不高的问题,将肢体运动系统和驱动系统分开建模。考虑人体肢体产生的可变反向张力,利用拉格朗日法建立肢体运动系统的动力学模型。根据电机动态平衡方程,并考虑外界干扰和摩擦参数不确定的影响,建立驱动系统的动力学模型,最终建立康复机器人系统的双空间动力学模型。为解决模型参数不确定性和肢体质量难以测量的问题,构造了自适应鲁棒控制算法,并在肢体运动系统中引入高斯误差函数,确保绳的拉力始终为正,结合非线性干扰观测器,将拉力差和干扰补偿到控制器中,提高了系统的跟踪性能和抗干扰能力。针对绳长速度很难测量的问题,设计了基于扩张状态观测器的积分滑模控制器,并对控制器进行了仿真验证。最后,基于搭建的绳驱动康复机器人实验平台,进行运动规划算法和控制算法的实验验证。设计了控制系统硬件和软件,基于STM32嵌入式系统和CAN总线伺服控制系统,进行康复轨迹跟踪控制实验。实验结果表明,绳索的实际轨迹与期望轨迹较为相符。