随着医疗技术的革新,康复机器人被广泛应用到康复护理、假肢设计以及康复治疗中。气动肌肉作为一种新型智能驱动器,具有柔顺性好、功率重量比大、安全性高等优点,将其作为康复机器人的驱动器逐渐受到研究者的青睐。本文针对气动肌肉束肘关节康复系统,主要研究内容如下:首先,基于McKibben型气动肌肉工作原理,将气动肌肉微型化,设计制作细径气动肌肉;基于生物肌肉组织和细径气动肌肉腔体直径变化,设计制备气动肌肉束;在测试平台上进行等长、等压实验;根据实验数据建立气动肌肉束的多项式拟合模型。其次,参考人体上肢结构、关节运动方式与运动范围,提出康复机器人的设计原则,确定机构参数和驱动方式;在SolidWorks中完成三维样机设计,委托加工安装肘关节康复机器人实物样机;建立气动肌肉束收缩量和关节角度的运动学模型,进一步推出肘关节康复机器人系统肘关节模型。然后,研究康复机器人被动训练模式,即关节角度跟踪控制的研究。康复机器人空载运动时,设计跟踪微分器、非线性扩张状态观测器和线性误差反馈控制器。将观测器实时估计得到的系统不确定项补偿到误差反馈控制器中;其次考虑不同体重患者进行康复训练的情况下,设计跟踪微分器、线性扩张状态观测器和非线性误差反馈控制器,将实时估计得到的外界负载变化与内部系统不确定项补偿到非线性误差状态反馈控制器中;在Matlab/Simulink中完成肘关节位置对不同期望输入信号跟踪控制仿真,证明算法的有效性和可行性,为患者的被动训练提供理论保障。最后,搭建肘关节康复机器人实验平台;进行空载被动训练实验,通过轨迹跟踪精度评估康复机器人安全性;安排不同身高体重的实验对象,进行带负载被动训练实验,验证机构设计的合理性和舒适性,分析轨迹控制精度、误差,评估康复机器人的鲁棒性,验证控制算法的有效性和可行性;分析实验结果,评估机器人康复效果。