现如今智能机械学、控制理论和机器人学的发展愈发迅猛,人体外骨骼也开始逐步成为机械学科的一个研究重点。国内外对于外骨骼的研究主要集中在外骨骼的动力研发上,欧美和日本已经有部分外骨骼完成了产品化并投入了市场,但由于售价十分昂贵导致没有出现批量化生产和应用。我国目前处于工业化向信息化转变的过程,需求大量的人力从事工业活动,而这些工人普遍都遭受腰背部疾病的侵害,为了解决在工业生产中工人由于连续进行高强度弯腰搬运工作而引起的腰背部疾病问题,研发出一款缓解工人劳动强度进而保护工人身体健康的外骨骼是十分重要的。论文首先对人体腰部损伤机理进行分析,探讨了腰部疾病的来源以及人体在进行搬运工作时容易受到的腰部损伤,对20个搬运工人做出统计后得到腰部损伤的形成原因,之后进行了人体生物力学分析和弯腰动作的背部受力分析,为设计腰部外骨骼提供了理论支持和可行性依据。之后针对外骨骼需要实现的功能及其设计机理,进行了人体自由度分析以及运动学模型的建立,之后将外骨骼规划为四个模块并对整体设计进行布局。通过Solid Works软件制作气动腰部外骨骼的三维模型,然后在腰部外骨骼负载为30kg的情况下通过材料力学分析进行理论计算,确定了其关键部位的稳定性,并使用气动肌腱作为驱动系统。最后对其关键部位进行力学仿真,得到了腰部外骨骼关键部位的最大应力值及最大变形量,确定了它们小于腰部外骨骼所选的材料的许用应力,确保腰部外骨骼在使用过程中能够达到结构强度与刚度要求。接着对外骨骼的控制系统进行设计,提出了控制策略和控制原理,明确了通过位移传感器和力传感器进行的人体运动意图识别,其中优先使用位移传感器信号。并设计模糊PID控制器控制伺服气动阀,再通过气动阀进一步控制气动肌腱。最终选择C语言作为控制语言,测试后成功调试了外骨骼控制系统。最后搭建出腰部外骨骼样机作为试验平台,对外骨骼关键部位进行应力应变测试和分析,肯定了之前力学仿真的结论,并召集志愿者者在最大搬运重量15kg的情况下进行功能验证测试,通过心率、肌肉收缩率和博格值的分析确定了外骨骼在缓解人体搬运疲劳方面的有效性,证实了腰部外骨骼对搬运助力的可行性。