大部分脑卒中患者术后并不能完全恢复肢体肌能,由脑卒中带来的多种并发症给患者带来不同程度的肢体运动障碍,也为很多患者的日常生活带来了困难。运动功能康复训练一直是国内外康复医学研究的热点问题。随着生物力学和康复医学的研究领域不断扩大,康复训练也不仅仅局限于单一的训练方式,目前已经达到可以根据不同患者的患病程度,以确定最适合的康复训练方式以及康复训练强度。本文针对膝关节屈伸运动功能,进行康复控制系统设计及人机仿真模型分析,通过建立人体膝关节骨肌模型,分析膝关节屈伸运动过程中的相关肌肉特性,设计并改进康复控制系统算法,建立控制系统与膝关节骨肌模型的人机仿真模型。分析膝关节运动及损伤肌理,在生物力学的基础上,分析肌肉Hill模型原理,确定肌肉力求解方法,建立基于Hill模型的肌肉力求解仿真模型,分析实验对象在康复训练过程中的肌肉力变化。基于OpenSim人体骨肌模型仿真原理,确定肌肉力、关节力矩以及肌肉力臂的关系,建立膝关节关节力矩的求解模型,分析关节力矩变化。建立膝关节动力学模型,进行人体膝关节骨肌肌肉特性联合分析,得到膝关节运动关节角度变化。确定膝关节骨肌模型的输入方式。确定下肢膝关节运动康复的主要训练方式,设计并改进控制算法。对初期患者采用被动训练,被动采用柔顺控制以防止电机堵转对患者造成二次伤害;中期患者采用主动训练模式,主动采用电流环控制,以保证其跟随特性;康复后期患者采用等速训练模式,等速训练采用关节力矩预测及主动力矩和阻力矩匹配方式。建立主被动控制系统、等速控制系统与膝关节骨肌模型的人机仿真模型,仿真分析实验对象在不同康复训练强度下的康复状态,以及预测某一训练强度对该患者是否合适,进而通过仿真分析得到的肌肉力、关节力矩和关节角度变化以更改训练强度。搭建基于dSPACE与ZEPU康复器的实验仿真平台,进行被动训练和主动不同阻力时的康复训练,以及不同目标速度下的等速康复训练。测试实验对象在不同训练强度下的表面肌电信号,针对不同训练强度进行人机仿真模型分析,实验证明了人机仿真模型在针对不同程度患者选择合适训练强度的有效性。