由于残疾、老龄化、交通事故等原因引发的下肢功能障碍,严重影响患者的身心健康。传统康复治疗由康复师辅助患者活动下肢,训练任务繁重,康复师数量不足;亟需一种康复器械,代替康复师对患者进行下肢训练指导,帮助患者完成重复繁琐的康复训练。市面上的下肢康复器械大多是以踏车运动为蓝板设计的末端牵引装置,只能实现固定圆周运动,轨迹单一。而正常人体步态更加接近于椭圆形状,长期使用与正常人体步行参数有些许差别的圆轨迹训练,关节运动区间会超过人体舒适范围,对于某些关节畸形或者损伤严重的患者,甚至会加重下肢的病情,不能满足个性化需求。因此,设计出一种能够实现多轨迹的下肢康复器械迫在眉睫。本课题通过调研国内外高端医疗康复设备,分析了下肢康复器械的机械结构和控制策略的适用情况。首先参考人体下肢结构及运动机理,分析人体下肢运动及受力情况。根据步态数据和下肢末端位姿,利用图解法确定了康复器械的工作空间,在此工作空间内,为患者康复过程规划了圆轨迹和椭圆轨迹两种训练路径。其次,具体介绍了下肢康复器械的机械结构,进行驱动装置和传动设备的选型计算。然后针对不同损伤程度的患者提出适合不同恢复期的训练方法。康复训练初期,采用基于轨迹跟随的被动控制方法,仿真比较了PID、PI+校正系统的控制性能优劣。在考虑负载变动的情况下,引入干扰信号,设计了滑模控制器,使系统在有干扰的情况下仍能实现轨迹的精确跟随。康复训练中后期,采用基于阻抗控制的主动训练方法控制人机系统的力和位置的动态关系。在位置控制的基础上,增加阻抗控制模型,通过控制变量法研究改变阻抗参数对末端力的影响,根据需求选择合理的控制参数。由于实际系统的数学模型不精确,环境参数一直处于变动中,系统的实际控制效果不是很好。通过分析阻抗控制的稳态误差,引出基于李雅普诺夫稳态方程的自适应控制算法。在阻抗模型的基础上增加自适应控制器,设计自适应控制律,仿真分析自适应算法在未知环境中的适用性。它能够实时估计环境参数,完成人机作用力的跟随。