随着机器人技术的蓬勃发展,助力机器人的应用也逐渐发展到各行各业,其中用于降低人在行走过程中的代谢消耗且穿戴舒适的助力机器人具有广泛需求。在人类行走过程中,踝关节提供人体行进的主要能量,因此,研制一种能在行走过程中有效降低人体代谢消耗的踝关节助力机器人,有着重要的理论意义和应用价值。分析了国内外踝关节助力机器人研究现状,比较了踝关节助力机器人的作用形式,在此基础上,提出了一种主动储能式踝关节助力方法,研制了踝关节助力机器人,完成了如下主要研究内容:首先,从生理学上分析了人体下肢的髋、膝、踝三个关节的结构组成与受力情况,应用试验的方法获得了步行过程中人体下肢关节的角位移,以及矢状面内踝关节力矩的变化情况。在此基础上,根据行走过程中踝关节角位移变化范围与力矩特点,提出了一种踝关节助力实现方法,设计了踝关节助力机器人整体构型、检测与控制系统。其次,根据踝关节助力需求,设计了用于助力机器人的主动储能装置,通过构建弹性杆力学模型,分析了弹性元件储能能力,设计了弹性杆的调节范围,分析了调节杆调节范围对辅助力的影响。采用有限元法对主要弹性储能元件进行了力学分析,验证了储能装置设计的合理性。再次,对踝关节助力机器人的采集与控制系统进行了研究。应用姿态传感器与足底压力传感器实时获取人体行走过程中的步态特征值,建立了以关节角度与足底压力为反馈信息的控制系统。研究了应用步态特征值判断关节所处的运动状态的方法,实现了步态周期预测,据此,研究了踝关节助力机器人的控制方法。最后,为了验证主动储能式踝关节助力机器人的助力效果,建立了助力机器人试验系统,完成了不同步速步行助力试验和不同负载步行助力试验,试验结果显示所研制的踝关节助力机器人系统能有效减小人体能量消耗。