脚踝是人体重要的组成部分之一,在保证人们行走期间的平衡也起着至关重要的作用。越来越多的人因为疾病或者其他安全事故导致踝关节损伤。患者对脚踝康复训练也提出了控制精度高、重复性好、训练模式选择多样化等需求,因此传统的依赖康复医疗师辅助患者进行康复训越来越难以满足患者的需求。康复机器人具有训练轨迹控制精度高、可重复性好以及训练模式多样化等优点,可以更好地满足患者的康复需求。现有的脚踝康复机器人的驱动器大多是刚性的,存在柔顺性和安全性较差等问题,而柔性气动肌肉驱动器具有柔顺性好、重量轻等优点,因此将柔性气动肌肉驱动器应用于脚踝康复机器人具有许多优势。但是,气动肌肉驱动器具有很强的非线性和时变性等特点,而且气动肌肉驱动器只能提供拉力,这都为气动肌肉的位置控制带来了困难。针对上述问题,本文的主要研究内容如下:(1)针对脚踝的康复需求和柔性气动肌肉驱动器不能提供推力的驱动特性,设计一种由五根气动肌肉驱动,可以在背屈/跖屈,内翻/外翻以及内收/外展三个方向都能提供足够运动范围的柔性脚踝康复机器人。然后研究其逆运动学和动力学模型,在此基础上建立脚踝康复机器人末端动平台的旋转角度、末端动平台的期望输出力矩、气动肌肉驱动器的位移以及气动肌肉驱动器的拉力四者之间的关系,最后建立并联脚踝康复机器人完整的软硬件控制系统。(2)为了能对气动肌肉驱动的脚踝康复机器人进行精确的位置控制,建立气动肌肉驱动器的三元素模型。由于气动肌肉驱动器的强非线性,为提高位置控制的精度,研究适用于非线性系统的基于反演的滑模控制方法。在此基础上,针对康复训练过程中,患者肢体扰动、气动肌肉驱动器的建模误差以及器件之间的摩擦等不确定性干扰,设计一种非线性干扰观测器,提出一种基于非线性干扰观测器的自适应反演滑模控制方法,以处理机器人辅助训练过程中的不可预知的干扰问题,从而有效提高位置控制精度。(3)针对气动肌肉驱动器只能提供拉力,而脚踝康复机器人的每个气动肌肉驱动器需时刻保持拉伸的特性,研究一种基于雅克比矩阵和Karush-KuhnTucker(KKT)定理的冗余并联柔性脚踝康复机器人的力分配方法,然后利用分析-迭代算法得出力分配算法的优化解,在此基础上,提出一种包括位置控制环和力控制环的力/位层级控制方法,在保证柔性脚踝康复机器人位置跟踪精度的同时,使得所有气动肌肉驱动器时刻都处于拉伸状态,保证康复过程的安全性和可控性。