外骨骼助力机构是通过人机协作来减少人体代谢能消耗进而实现助力,同时对人体进行支撑和保护的可穿戴装置。本文主要针对户外运动者及老年人构思出了一种被动储能式人体下肢外骨骼机构,该机构可将人体行走过程中的重力势能及动能储存起来,并在合适的时机释放出来帮助人体行走,减少代谢能消耗,可增加穿戴者的行走距离。为验证所提出的外骨骼机构助力效果,本文主要从结构选型设计、动力学分析、仿真验证几个方面对外骨骼机构展开了研究。首先,通过对我国成年人人体尺寸及下肢运动的分析,得到了外骨骼机构的设计参数;根据助力原理及设计参数对外骨骼机构进行了方案选型和结构设计,设计出了包括髋、膝、踝三关节的助力外骨骼机构,并完成了其三维实体建模及三关节弹性元件的选型。其次,建立了外骨骼机构七连杆运动学模型,利用D-H法得到了下肢末端姿态相对于固定坐标系的位置关系,验证了外骨骼机构的可穿戴性。基于拉格朗日法建立了人体穿戴外骨骼机构单脚支撑、双脚支撑和一脚虚触地的双脚支撑七连杆动力学模型;根据成年人人体惯性参数确定了动力学模型中各个参数,基于MATLAB将该参数代入到动力学模型中求解,得到了一个步态周期内的下肢关节力矩变化曲线。基于Adams建立了人体穿戴上外骨骼机构的仿真模型,并对其进行了行走仿真分析,仿真结果表明该机构能够降低人体行走的关节力矩,验证了外骨骼机构的助力效果及理论模型的准确性。最后,通过OpenSim软件建立了人体穿戴外骨骼机构的肌肉骨骼模型,利用该软件的肌肉计算控制模块对该模型进行了行走仿真,分析了人体穿戴前后的肌肉力、肌肉激活度和肌肉代谢能变化。仿真结果表明,该外骨骼机构能够有效的降低行走过程中的肌肉力、肌肉激活度及代谢能消耗,从生物学角度验证了该机构的助力效果。本研究为户外运动者及老年人的远距离行走提供了一种装置,同时对人体助行装置的相关研发提供了有价值的参考。