近年来,国内偏瘫患者日益增多,医疗机构普遍面临医疗资源短缺、医疗设备有缺陷的困境。为解决这一问题,本文面向下肢康复领域,设计了一套随动式下肢外骨骼机器人,这套系统以人机协同思想为核心,可辅助偏瘫患者完成康复训练过程。本文主要工作如下:(1)本文设计的随动式下肢外骨骼机器人由随动训练平台和下肢外骨骼机器人两部分构成。随动训练平台利用双目相机捕捉使用者位置信息,并设计随动跟踪控制器实时跟踪使用者移动,提供安全保护,而下肢外骨骼机器人用于纠正使用者的下肢运动姿态。两部分共同工作,在帮助使用者进行地面康复训练的同时,还可以提供安全保护和体重支撑。(2)基于对人体下肢运动姿态的分析设计了有限状态机模型,将偏瘫患者的不同康复训练任务和不同下肢动作归结为一个个独立的状态,捕捉上肢的表面肌电信号和足底力信号设计意图识别算法驱动状态切换,从而帮助外骨骼机器人理解使用者的运动意图。(3)针对意图识别的滞后和步态轨迹的误差等问题,提出了“人在环中”的控制方法。该控制方法利用屏障函数将外骨骼机器人的任务空间划分为可用区域和不可用区域。当人体下肢带动外骨骼在可用区域运动时,系统仅会提供重力补偿帮助患者自由地在区域内调整运动轨迹,而一旦外骨骼进入不可用区域时,则会立即受到强大的系统抑制力将使用者送回可用区中。从而使得系统能够在合理的范围内顺应使用者的主动运动意图,而在非法的区域中纠正使用者错误的运动意图。(4)为提高偏瘫患者对使用外骨骼机器人进行康复治疗的积极性,设计了基于虚拟现实技术的康复训练软件平台。利用虚拟现实硬件设备,捕捉使用者的行为并传送到虚拟现实中复现,而使用者在虚拟现实中观察到的世界变化又会使得其在现实世界中作出相应的行为改变,从而达到闭环的沉浸式的康复治疗体验。