下肢外骨骼能够帮助士兵或工人助力行走,增加他们的承载能力,也可以帮助下肢瘫痪病人进行康复训练,帮助他们恢复运动能力。轮腿变形下肢外骨骼是在下肢外骨骼的基础上增加可变形轮,使其具有外骨骼运动状态和轮式运动状态两种运动状态,丰富下肢外骨骼系统的功能。本课题的目标是将下肢外骨骼与可变形轮相结合,设计一款轮腿两用的下肢外骨骼。首先,本课题对可变形轮进行研究,设计了三种切实可行的可变形轮,加工出样机图。并且对多级可调可变形轮的展开和收缩原理进行了详细的分析。其次,对人体下肢运动机理进行了研究,根据人体下肢运动机理提出了轮腿变形下肢外骨骼的设计要求,并且对两种运动状态下的自由度进行了分配。根据设计要求和自由度分配结果进一步完成了轮腿变形下肢外骨骼的整体结构,包括下肢外骨骼结构和轮式机构。最后为系统选择合适的电机和减速器。然后,对轮腿变形下肢外骨骼的套索传动和两种运动状态分别的运动学和动力学进行建模分析。外骨骼运动状态下分别采用D-H表示法和几何法进行正运动学建模和逆运动学建模,根据人体下肢运动周期分别对外骨骼支撑相和摆动相进行动力学建模;轮式运动状态下将外骨骼简化为一个四轮小车模型,建立其运动学和动力学模型。最后,本文介绍了轮腿变形下肢外骨骼的实验环境和整机系统。实验环境包括机架组合和双跑道跑步机,外骨骼整机系统包括轮腿变形下肢外骨骼样机、硬件系统和控制方法。然后对外骨骼的两种运动状态分别进行了实验研究,外骨骼运动状态下进行了外骨骼主动运动实验和不同路面下的跟随运动实验;轮式运动状态下验证了外骨骼行驶的加速性能、最大行驶速度和爬坡性能。