外骨骼下肢助力机器人技术是机器人技术的一个重要分支,它涉及了机器人技术、人机工程学、机械学、计算科学和通讯技术等领域,是目前国内外研究的热点技术。随着单兵作战装备重量的增加,该项技术在增强士兵承受负载的能力的领域内具有广泛的应用前景。论文主要针对助力机器人应用需求,对外骨骼下肢助力机器人进行机构和控制系统的设计、运动学与步态分析实验、动力学和控制策略研究、并对人体步态运动和机器人进行系统实验。外骨骼下肢助力机器人以多关节的外骨骼机器人为结构基础,借助航姿参考系统、足底压力分布测试系统等人机交互系统对人体运动意图进行判断、并结合机器人的控制系统,达到能够实时检测人体步态运动数据并控制机器人步态运动的目的。机器人结构设计依据人机工程学理论,从步态运动安全性、舒适性、可靠性以及机构实用性、轻便性出发,着重研制了适合不同身材的多关节外骨骼助力机器人机构本体,并对关键部件进行了强度分析和改进。针对人体步态运动和机器人结构,本文采用齐次变换法建立机器人正逆运动学,分析人体平地走和爬楼梯步态运动一般性规律,并针对人体步态运动数据的采集搭建了航姿参考系统,实验采集和分析了髋关节和膝关节的角度数据。基于拉格朗日方程和虚功原理推导了机器人的动力学模型,论文建立起机器人关节驱动力矩与足底约束力的动力学关系,并以此理论为基础针对步态两相建立了位置控制和力-位控制的控制模型。并对力-位控制进行仿真分析,验证控制方法的正确性。本文搭建了外骨骼下肢助力机器人的软硬件平台,硬件系统包括传感器系统、驱动系统,以主板电脑作为上位机,主要采用串口通讯方式。其中,传感器系统包括实时测量人体步态运动的航姿参考系统和测量人体足底压力分布的足底压力分布测试系统。软件系统完善了机器人的人机交互的功能。最后,对整个机器人系统进行了关节随动和步态实验,关节随动实验验证了系统的实时性,随动性。步态实验验证了机械系统的安全性、可靠性和舒适性,验证了系统的实用性和可行性,为以后更深入的研究打下基础。