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近年来,由于人口老龄化日益严重、以及脑卒中等导致的偏瘫患者数量不断增多,治疗师资源却大量匮乏,利用减重支撑系统配合实现步态训练的减重步行训练机器人得到了广泛关注。步行训练家庭化、训练模式多样化是目前步行训练机器人技术发展的新趋势。因此,改良、开发结构精巧、功能齐全、价格低廉的家庭化、社区化的步行康复训练机器人具有广阔的应用前景,对促进我国康复事业的发展、提升我国康复医疗水平、提高偏瘫患者和老年人的生活质量具有积极而重要的现实意义。本文针对如何利用踏板式步行训练机器人,帮助偏瘫患者和体弱老年人提供符合自然行走步态的减重步态训练的问题,在踏板式步行训练机器人的机构和控制方案、机构尺度综合、步态运动规划、人机系统动力学分析等方面进行了较深入的理论分析和实验研究。综述国内外步行训练机器人及相关领域的研究现状,在对现有步行训练机器人的机械结构、驱动形式、工作原理及训练模式进行对比分析的基础上,依据人体步行运动特征和偏瘫临床康复原则,提出一种考虑踝关节和跖趾关节运动及主动减重控制的足底驱动踏板式步行训练机器人的机构方案。阐述机器人的机构特点和工作原理,根据机器人的结构特点及使用要求确定机器人的总体控制方案;并根据不同康复时期、不同患病程度的患者提出被动训练控制策略和助力训练控制策略。根据步态机构运动学分析,结合其本身特点,依据正常步行时的步态和下肢转角运动规律对步态机构、踝关节姿态约束机构、跖趾关节姿态约束机构和膝关节辅助屈膝机构进行尺度综合,确定机构各连杆的尺寸参数及直线、曲线约束机构的轨迹;利用Matlab工具箱建立机构的仿真模型,仿真分析验证机构尺度综合的合理性和机构设计的可行性。根据正常平地步行时的时相分布关系及步态机构本身特点,提出一种适用于步行训练机器人的步态运动规划模型,实现对步行训练时双腿步态时相分布的合理控制;以实验得到的人体重心运动轨迹测量模型为减重步态训练重心的预定跟踪轨迹,提出一种基于重心控制的减重训练步态规划方法,实时调整、跟踪重心的运动轨迹,保证患者的身体重心与下肢步态的协调控制;根据机器人的结构特点,提出单腿摆动训练和双腿摆动训练等特殊步态训练的规划方法,帮助患者早期康复训练时患侧肢体的强化训练;仿真分析验证步态运动规划方法的可行性和有效性。为了研究人体下肢和步态机构的力学特性,分别建立人体下肢和步态机构的力学模型,采用虚功原理求解人体下肢和步态机构的广义力,并利用拉格朗日法建立人体下肢和步态机构的动力学方程;采用牛顿-欧拉法建立人机系统动力学模型,以步态机构带载动力学模型为被控对象,分析不同减重力、不同步速情况下的步态训练对系统驱动性能的影响,验证动力学理论分析的正确性,为步态机构的系统优化、驱动电机的选型以及人机系统控制方法研究提供理论依据。最后,研制踏板式步行训练机器人实验样机,利用Quanser半物理仿真实验平台进行机器人样机性能实验、步态训练运动规划模型验证实验以及机器人载人步行训练实验研究。通过实验研究验证机器人机构方案的合理性和运动规划及控制策略的可行性,证明机器人可以辅助偏瘫患者及体弱老年人进行步行康复训练。