近年来,由于疾病和意外事故导致的肢体运动障碍患者数量呈递增趋势。随着人们对康复医疗需求的不断提高,使得康复型机器人发展迅速。将机器人技术和康复治疗方法相结合,通过机械结构带动肢体做重复性运动,从而刺激和重建运动神经系统,帮助肢体恢复运动功能。本文通过对下肢康复机器人的国内外发展状况以及人体下肢步态康复理论的研究,提出了一种基于绳索牵引技术的下肢康复机器人的设计方案,并进行了仿真分析与下肢机构模型的实验验证。主要研究工作如下:依据标准的下肢步态轨迹,提出绳索牵引下肢康复机器人系统总体方案的设计。通过分析下肢运动特征以及康复治疗方法确立了合理的系统结构方案,对系统的各组成部分分别进行设计,并通过Pro/E建立三维模型。同时还确定了下肢康复机器人系统的控制模式。采用D-H法和Newton-Raphson迭代法建立绳索牵引下肢康复机器人的运动学正逆解模型,进行轨迹规划。并通过MATLAB软件计算步态运动中绳索长度与关节角度之间的关系,验证正逆解的正确性。分析下肢康复机器人的静力学特性,利用拉格朗日方程建立其动力学模型,求解绳索的拉力分布,为控制策略的仿真做铺垫。最后,采用Monte-Carlo算法,对绳索牵引下肢康复机器人进行构型优化。针对下肢康复机器人控制系统提出了不同的运动控制策略。基于PID控制理论,分别采用了基于重力补偿的PD控制和模糊自适应PID控制对下肢步态运动轨迹进行跟踪仿真。通过结果分析可知,模糊PID控制算法可以在线对控制器参数在一定范围内进行自整定,具有较好的控制效果。根据理论分析以及数值仿真的结果,搭建绳索牵引下肢康复机器人系统的框架结构与控制系统。运用C#语言编辑交互界面,采用位置控制,通过上位机给运动控制卡发送指令,实现下肢康复机器人步态轨迹的运动控制。最后,通过光学式三维动作捕捉系统采集绳索牵引下肢康复机器人的运动轨迹,并运用Pro Analyst运动分析软件对所采集的视频数据进行轨迹追踪,输出下肢各标记点的运动轨迹数据。使用MATLAB软件处理下肢运动数据并与理论数据进行对比分析,实验与理论仿真部分相互验证,从而证明了理论分析的合理性与绳索牵引下肢康复机器人系统的可行性。