随着外骨骼技术日新月异的发展,对外骨骼和人体之间的运动融合性要求越来越高,以满足外骨骼的安全性要求,舒适性要求和工作效率要求。但是由于人机耦合模型的复杂性以及膝关节的复杂性等问题,外骨骼机构和人体关节之间的运动融合问题依然有待解决。本文从人体关节和外骨骼运动轴线对齐的角度出发,根据膝关节的运动学特点,设计了一种基于并联机构和绳驱共轭曲面的膝关节外骨骼。首先,利用螺旋理论对机构进行了运动学分析,验证了机构自由度数目和性质与膝关节的一致性;分析了机构的运动学正逆解和一阶影响系数,为下文的轴线运动融合算法打下了基础;推导了共轭曲面关节定曲面和动曲面的求解公式,给出离散化定曲面和动曲面的求解方法和流程。其次,基于螺旋理论提出了一种机构参数选择方法,该方法能够在不影响机构自由度的情况下,得出机构所有可改变的尺度参数;根据机构的运动学参数以及人在步行时人体的受力特点,结合粒子群优化算法,基于运动/力传递性能指标和最小峰值驱动力,分别对外骨骼机构的并联机构和共轭曲面关节进行了尺度优化。最后,提出了一种用于外骨骼的基于运动流形的轴线自适应算法,通过测量人体关节的瞬时运动螺旋,建立人体关节运动流形上的切空间,进而建立人体关节的运动流形;算法能够以解耦的参数对人体关节的耦合运动进行规划,可以有效的提高人机之间的运动融合性,最后通过仿真验证了算法的正确性和准确性。