随着社会的飞速发展和科技的不断进步,今天,人们对生活质量的要求也越来越高了。在此背景下,步态训练器应运而生,并在医疗康复、体育训练、人机工程以及航空航天等领域发挥出愈来愈重要的作用。本文主要针对步态训练器的位置和姿态控制系统展开以下几个方面的研究:首先,分析步态训练器的功能要求和性能指标,并在此基础上制定机构总体方案。然后建立基于闭环矢量法的机构运动学分析模型,推导其正、逆运动学方程。再利用MatLab软件解算末端执行单元的运动空间,验证机构方案的可行性。其次,在矢状面内建立基于人体生物力学理论的下肢运动系统刚体模型,据此推导一足足心相对于另一足足心的等价齐次变换矩阵,并在步态周期研究的基础上求解人体下肢运动系统运动学方程。利用FAB系统进行平地行走以及上、下楼梯模式下的步态测量实验,并将实验数据导入运动学方程计算相应模式下的步态轨迹。将规划轨迹载入机构逆运动学模型求解相关运动关节输入,对各运动关节进行运动规划。建立基于Simulink的半物理仿真模型,以运动规划所得位移和转角量等为输入对步态训练器进行SimMechanics仿真分析,验证所建模型的正确性。此外,采用联立约束法建立机构动力学模型,并对机构动力学特性进行仿真分析,以此为控制系统研究的基础。制定三种控制策略:被动式运动控制策略、轨迹跟踪控制策略、柔顺控制策略,采用PID控制原理设计控制器控制电机实现相应控制策略。分析电机控制模型,研究其在空载和带载状况下的响应特性。最后,调试样机系统检验其工作性能。搭建实验平台,开展基于dSPACE的半物理仿真实验研究。记录并分析不同训练模式下的实验数据,根据实验结果验证控制策略的合理性,并评估样机的实际工作效果。