近年来,随着科技水平的快速发展,武器装备水平越来越成为现代战争获胜的重要保障,尤其是反恐战争等新形式的特种作战任务往往需要单兵深入恶劣环境中进行长时间、高强度的行军,对单兵素质提出的要求越来越高。因此,研发出能够增强士兵步行运动能力而又不妨碍士兵动作敏捷性的柔性下肢助力外骨骼机器人迫在眉睫,这对增强我军单兵作战能力,提高装备的现代化水平具有重要意义。首先介绍了人体下肢关节及行走机理,并根据髋关节在步行运动中的特征划分了步态相位,进一步根据人体行走过程中下肢关节运动的特点选择将髋关节的屈曲、伸展作为主动自由度,并设计了相应的驱动系统、机械结构以及传感器的布置方式。其次建立了人机系统的运动学模型,研究了驱动系统工作时电机转速与髋关节屈曲、伸展角速度之间的运动关系,为电机选型提供理论依据。另外对外骨骼主动助力的参数及时机进行了研究,搭建人机系统动力学模型,通过Vicon-AMTI实验测得正常行走时的步态参数及足底反力作为逆动力学的输入,研究了助力函数在幅值Asw、Ast一定时,不同助力参数α、β及助力时机tosw、tost、tesw、test对穿戴者肌肉力矩做功的影响,获得了最优的助力参数与助力时机,作为外骨骼主动助力的控制依据。接着搭建了外骨骼的人机交互控制系统,首先从整体上介绍控制系统,采用基于步态感知的力反馈控制策略,在不影响穿戴者自然步态的前提下,实现了“人主机辅、人机协同”的主动助力。然后设计了人体运动意图感知系统,实时采集穿戴者当前的步态参数,处理后用于预测穿戴者的下一步态,并根据标志点生成助力时刻。接着搭建期望助力生成系统,根据助力时刻及助力函数生成电机力闭环控制的期望力。最后针对人机交互力的精确控制设计了变指数趋近滑模控制器,并使用Simulink搭建了控制系统的仿真平台,分析了控制器参数K、δ、ε的影响,并验证了控制器的优越性。最后为验证逆动力学分析中助力参数α、β对外骨骼助力效能的影响及外骨骼助力的有效性,进行了步行呼吸代谢实验,分别分析了在三种助力策略下外骨骼助力与不助力时的呼吸代谢指标,最终实验结果与动力学仿真结果基本一致,且在外骨骼辅助行走条件下,受试者步行的能量消耗平均减少了16%,证明了外骨骼的助力有效性。