外骨骼机器人是一种能辅助人体运动、提高人体运动能力的穿戴设备,其巨大的应用价值近年来得到了国内外学者的广泛关注。目前国外已经研制出几款能够实际应用的外骨骼机器人,而国内尚处于实验室阶段,在理论研究和工程应用等方面都存在许多问题亟待解决。本课题的最终目的是设计一款穿戴舒适、方便易用的外骨骼助力机器人,围绕这个目标本文从控制系统和控制策略两个方面开展具体研究内容。稳定可靠的系统平台是深入开展理论研究的基础,也是机器人能够实际应用的关键。本文针对外骨骼的特殊需求开发了一套高度集成的控制系统,主要包括基于DSP+ARM的控制器、模块化的传感器单元和基于CANopen的总线通信协议:所设计的控制器能够实现外骨骼控制中的所有基本功能,可以不依赖上位机进行独立工作;传感器模块单元采用总线接口,体积紧凑,方便嵌入到机械结构内部;所开发的CANopen协议符合国际标准,便于网络扩展和设备互换。针对外骨骼系统由人参与完成轨迹规划的特点,设计了基于人体末端运动识别的分解运动速度控制策略,重点研究了末端期望轨迹的获取和速度分解模型。为解决力反馈的滞后性问题,本文使用Kalman观测器估计人体运动速度,综合力反馈信号和人体速度估计值得到外骨骼末端期望速度。针对支撑相两个主动关节控制末端三个自由度的欠驱动问题,提出了变摆长倒立摆模型,模型将躯干平面运动转化为踝关节到髋关节长度的变化以及躯干的俯仰,通过该模型可以将支撑相末端期望速度合理的分配到驱动关节。对外骨骼控制系统进行集成,将其全部嵌入到机械壳体内部,可靠性高,穿戴方便。对外骨骼样机进行了调试和实验,完成了固定步态轨迹跟踪实验、摆动腿跟随实验、支撑腿负重实验、连续行走实验以及台阶、斜坡、草地等复杂环境下的适应能力测试实验。实验结果初步验证了控制系统的实用性以及控制策略的可行性,达到了预期效果。