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近年来，由于交通事故、人口老龄化及人们生活习惯的改变等，人体膝关节损伤的人群数量激增。膝关节作为人体各关节中结构较复杂，使用较频繁，损伤较常见的一个复合关节，对人们日常行动有着重要作用。因此，对膝关节损伤的康复研究具有重要意义。膝关节康复机器人机构作为一种康复医疗设备，能够帮助膝关节损伤或者膝关节存在运动障碍的患者恢复运动功能。本文从人-机运动相容的角度出发，结合人体膝关节生理结构，对膝关节运动学模型的建立、康复外骨骼机构构型综合和机构运动学分析进行深入地研究。 通过分析国内外研究现状，了解国内外相关研究的背景情况及成果进展，总结人体膝关节康复机器人研究中存在的问题，进而确定本文研究的主要内容及所需解决的关键问题。 首先，根据人体膝关节的生理结构和运动特性，确定人体膝关节屈伸运动信息采集的实验方案，利用NDI OPTOTRAK运动信息捕捉系统对正常人的膝关节屈伸运动信息进行采集。基于实验数据，应用点簇技术算法和螺旋理论知识，提取出膝关节屈伸运动的螺旋参数，结合膝关节的生理结构，建立人体膝关节的运动学模型。 其次，通过人-机运动相容性和人-机闭链自由度分析，提出康复外骨骼机构的基础构型;应用高副低代方法，得到外骨骼机构的简化构型;依据人-机约束力矩作用性质和康复训练的舒适性分析，优选出一种与人体膝关节运动相容的外骨骼机构构型。考虑机构的简单性和穿戴的舒适性，对康复外骨骼装置进行结构设计。 最后，对外骨骼机构与人体膝关节构成的人-机闭链运动模型进行运动学分析。建立人-机闭链模型的D-H坐标系，获得相邻坐标系之间的齐次变换矩阵，根据运动学一致性的概念，得到人-机闭链的约束参数方程。以人体膝关节运动数据作为输入，求解出膝关节康复外骨骼机构各关节的位移变化。