目前在外骨骼机器人的使用中,普遍存在外骨骼和人体之间因运动不一致而导致使用者不适的现象,甚至存在安全风险。为了解决这一问题,提高外骨骼机器人和人体交互过程的安全性和柔顺性,本文提出了将柔顺和欠驱动设计运用到外骨骼机构的方法,针对下肢外骨骼膝关节运动与人体运动不一致的问题,提出在外骨骼关节处使用一种平面柔顺五杆机构。通过采用并联机构刚度映射和虚功原理结合的方式,分析该机构的刚度分布问题,根据实际的使用条件设计目标刚度,运用遗传算法对结构尺寸进行优化。通过SimMechanics仿真和样机实验验证对外骨骼的自适应能力进行了评估和分析。本文的主要内容如下:首先,本文提出的平面柔顺五杆机构,其末端位置输出端在矢状面内提供两个自由度,安装在各个关节处的弹性元件具有以下潜力:根据人体和外骨骼之间出现的相互作用力产生相应变形,自动调节外骨骼膝关节处的运动形式,令机构的位置输出端相对于基座的运动符合人体膝关节的活动变化,促使外骨骼和使用者的肢体更加贴合,进而消除人机之间运动不一致的问题。其次,本文运用并联机构刚度映射理论,将该机构分解为两条支链进行运动学分析,及运用虚功原理建立机构的刚度模型。根据对使用者样本膝关节转动中心的运动轨迹的分析以及五杆机构工作范围的讨论,设计机构的尺寸范围。并通过MATLAB使用遗传优化算法,根据人体穿戴以及运动时对外骨骼的需求,对机构的刚度分布特性进行优化运算,得到杆件尺寸和弹性元件的优化参数。最后,通过在SimMechanics对提出的外骨骼系统进行建模,仿真研究其调整自身变形和运动的能力,以及人机相互作用力的调节性能。并且利用样机实验验证了平面柔顺五杆机构的自适应人体运动的性能。另外,为了改善目前研究中机构结构较为复杂的问题,本文提出新一代设计并对其进行分析。