在人类日常生活中,负重行走是一种很常见的活动。如何利用科学的方法,开发一款可以有效辅助人体负重运动、增强人体负重能力的外骨骼装置,不仅具有重要的学术价值,而且具有重要的实用价值。当前世界上已有的外骨骼装置中,主动外骨骼由于很难精确解析人体的运动意图,而很难做到人机运动的完全匹配;被动外骨骼则多用于辅助人体自身运动,而无法将负重背包的负载传递至地面。本论文通过分析人体行走过程中下肢各关节的运动规律,基于一种可由冲击力诱导变刚度特性的变刚度关节,提出了一种被动负重下肢外骨骼的设计方法与可由人体运动被动触发变刚度特性的变刚度关节嵌入机理,在此基础上开发了可有效辅助人体负重运动的外骨骼装置。本论文的研究成果在负重下肢外骨骼领域取得了创新性的成果,为负重外骨骼的设计提供了崭新的思路。本文的主要研究内容有:（1）人体下肢行走步态规律研究:从人体行走过程出发,介绍了人体行走过程中的步态、关节运动角等运动学规律以及地面反作用力与下肢刚度等动力学规律。在此基础上,还分析了负重行走对人体下肢运动规律的影响,为负重下肢外骨骼的设计奠定了基础。（2）变刚度关节嵌入机理与外骨骼原理模型构建:基于一种由智能材料设计而成的具有变刚度特性的变刚度关节,结合对人体下肢运动规律的研究,提出了可由人体运动被动触发的变刚度关节的嵌入机理,最终完成了被动负重下肢外骨骼的原理设计与模型构建。然后利用仿真软件ADAMS对外骨骼原理模型进行了行走仿真,初步验证了负重外骨骼设计原理的有效性。（3）下肢外骨骼装置开发:基于对人体行走髋、膝关节运动规律与变刚度关节变刚度特性的梳理,对变刚度关节在髋膝关节处的布置形式展开了设计;同时设计了可将膝关节往复摆动转化为单向直线运动的纯机械调控机构;最终综合考虑外骨骼工作原理、人体穿戴舒适性、外骨骼结构轻量化等设计需求,完成了被动负重下肢外骨骼装置的整体设计。（4）外骨骼装置穿戴实验与辅助效果验证:基于下肢外骨骼装置,利用运动解析系统、足底压力测量系统与肌电信号测量系统等设备搭建实验平台,综合考虑人机交互性、受试者差异等因素设计科学的实验范式,进而开展外骨骼装置穿戴实验,通过测量分析人体关节运动角、足底反力与肌电信号等数据来综合评估下肢外骨骼装置的辅助效果。