我国人口老龄化程度快速上升,偏瘫患者数量逐年递增,康复训练机器人得到了日益广泛的发展。目前大部分康复机器人还采用绑带连接的方式,这容易造成患者不适甚至二次损伤。现代医学表明,康复训练中被动训练效果有限,主动训练康复效果显著提高。因此,提高患者训练中的主动参与程度是康复训练机器人研究中的关键问题。本文提出了一种柔顺人机连接机构以及人体参与度模型,能够减小不必要的人机接触力,在不影响人体对康复机器人跟随性的基础上获得更加舒适、安全的康复环境;人体参与度模型能够根据力信号获取人体当前参与度,参与度可用于调整人体康复训练速度,提高康复效果。本课题具体研究内容如下:(1)柔顺人机连接机构构型研究及仿真:提出了一种柔顺人机连接机构并进行了运动学及动力学仿真,将柔顺人机连接机构与绑带人机连接机构进行对比,分析人体关节角度变化及腿部受力情况,结果显示,绑带人-机连接系统中腿部轴向人机接触力与人体对准误差呈正相关规律,柔顺人机连接机构可在不影响人体康复训练的情况下有效减少对康复训练不必要的轴向接触力,提高人体舒适性。(2)面向主动康复训练的人体参与度评价方法:首先使用人体表面肌电信号对参与度进行建模,同时分析步态训练中人机接触力的变化,使用力信号对基于肌电信号的参与度模型进行拟合,得到基于力信号的参与度模型,对此模型进行检验,检验结果证明基于力信号的参与度模型有效。(3)面向主动康复训练的机器人控制方法研究:为使患者进入、保持主动康复训练,提高训练效果,分别设计了模糊阻抗控制器以及PID控制器,对电机进行调速。模糊阻抗控制将人体主动作用力输入阻抗控制器,对阻抗参数进行实时调整,产生电机的速度修正量。PID控制将参与度作为控制器输入,实时调整电机速度。(4)实验研究:搭建了柔顺人机连接系统实验平台,通过人体跟随性实验验证了柔顺人机连接的可行性。分别进行模糊阻抗控制的主动康复训练以及基于参与度的PID控制主动训练,两者的实验结果证明,基于参与度的PID控制能使患者在主动训练中保持较高的参与度。本文的创新点为:(1)提出了一种柔顺人机连接机构,能在一定程度上减小关节误差带来的人机接触力,提高人体舒适性。(2)面向主动康复训练提出了一种人体参与度模型,能够根据人机接触力得到人体的参与度。