随着医工技术和机器人技术的不断发展,以及市场需求,下肢康复机器人逐渐得到发展,凭借其不知疲倦的进行高精度、高反馈速度的训练,使得患者的康复周期大大缩短。但训练模式的单一和场景的单调,以及不具有像理疗师那样具体针对性的训练,也是目前下肢康复机器人存在的不足之处,使得下肢康复机器人的推广应用受到一定的限制。为此,本文基于反馈思想和针对患者指定个性化训练方案的需求,进行下肢康复机器人控制系统的设计研发,具体内容如下:1、将患者和机器人视作一个整体,即在康复机器人机械腿连杆上,施加患者腿部载荷,针对下肢康复机器人卧式姿态和坐式姿态的不同,进行动力学和运动学分析,为后续控制系统设计和电机选型提供理论依据。分别对卧式、斜卧式和坐式三种不同姿态的运动空间进行了研究分析和对不同的运动模式进行了轨迹规划,推导出相应的数学模型,并通过Matlab软件进行仿真分析,以判断所规划的轨迹和运动空间是否满足需求,为患者的训练有效性和安全性提供重要的保障。2、为了提高下肢康复机器人训练模式种类的多样性以其适用于不同患者,进行了康复训练运动控制策略研究,利用近期提出的离子运动算法并对其进行优化,同时结合分数阶中可研究任意阶次的微分和积分算子且导数具有记忆性等理论对传统的PID控制器进行了设计,提高了对系统多输入多输出信息的响应速度。针对不同的训练效果,设计出多种关节单动、关节联动的被动训练模式。设计出基于下肢表面肌电信号激励的主动康复训练控制策略和基于人体足底压力反馈的主动控制策略。丰富了康复训练的模式,提高了患者的安全性、积极性与参与感。3、针对下肢康复机器人的结构特点、控制策略的设计方案与运动模式的方案需求,对控制系统的硬件和软件系统分别进行详细全面的设计,选出合适的电气元件,并进行正确的布线。利用基于VB6.0、Lab VIEW和MATLB等编程语言,完成对整个控制系统上位机和下位机软件系统的整体设计。4、通过具体实验,对被动训练的不同运动模式的控制效果进行了测试。对轨迹规划的仿真结果进行了轨迹跟踪与角速度跟踪分析。对基于表面肌电信号和基于足底压力信号激励的主动模式有效性分别进行了测试,同时对被动模式与虚拟现实系统的同步性进行了验证。本文对多位姿下肢康复机器人的控制系统进行了软硬件设计;在多传感器融合信息交互搭建、基于下肢表面肌电信号激励的主被动训练模式、基于压力信息反馈的主动训练模式方面具有一定的特色;在被动训练控制策略方面,创新设计了基于动态惯性权重混沌离子运动算法优化的分数阶PID控制器。