近年来,外骨骼机器人作为一种人体辅助设备在各种领域都得到了空前的发展。通常所说的外骨骼机器人大致可分为全身外骨骼机器人、下肢外骨骼机器人、上肢外骨骼机器人三类。无论是哪一种,其控制技术都是基于“人在回路中”的控制思路。操作者(穿戴者)不仅作为外骨骼机器人系统的监视者,还作为外骨骼机器人控制信号的产生端。外骨骼机器人机械机构的设计、驱动方式的选择、控制策略的制定相比于传统的工业机器人和仿人型机器人,既有相似之处,还有其自身的特殊需求与特点,即运动学动力学建模方式可以照搬照用,驱动方式、机械结构设计可以相互借鉴,还要考虑人机功效,控制策略则要突出以操作者为中心的控制思路。本文基于已经设计装配好的上肢外骨骼机器人原理样机,以机器人的运动学和动力学为基础,结合相关控制理论,主要开展了以下几方面的研究:(1)介绍了外骨骼机器人的发展现状,从它们的控制策略、结构形式和性能指标等方面进行了描述,体现了外骨骼机器人的研究价值和应用前景;(2)基于D-H法的基本思想,将欧拉旋量定理应用到连杆坐标系的建立过程中,简化了连杆类机器人坐标系建立的步骤,并尝试使用Matlab编写外骨骼机器人正运动学、雅可比矩阵、工作空间的求解程序,并将其计算过程规范化;(3)分析了使用拉格朗日法建立动力学方程的细节,并编写连杆类机器人拉格朗日动力学建模过程的Matlab程序;(4)系统分析上肢外骨骼机器人的控制方法,并确定采用基于机械臂末端六维力传感器广义力的“直接力反馈”控制策略,来识别操作者手臂运动意图,并确定控制量、目标量、控制器结构,最后进行随动控制实验验证上述随动控制策略的可行性;(5)分析了上肢外骨骼机器人关节空间内的负载动态补偿策略,设计了控制器,利用Matlab Simulink搭建仿真实验平台,与此同时搭建原理样机平台,进行仿真实验与原理样机验证实验并验证负载动态补偿算法在上肢外骨骼助力随动运动过程中的优势。