我国老龄化问题日益严重,日渐衰退的身体肌力给老年人的生活带来许多不便。若开发一款用于康复训练和助力行走的下肢外骨骼,将有效防止老年人肌肉萎缩,改善其行走能力。但现如今下肢助力外骨骼具有以下特点:刚性传动结构危险性高;且多采用一体式结构（髋、膝、踝三部分）,质量体积大、穿戴舒适性差。在人体行走过程中,踝关节做功最多,因此设计并研究单关节轻量化柔性外骨骼有重大意义。本文针对轻量化柔性踝关节外骨骼的机械本体、串联弹性传动系统、柔顺控制策略及算法进行了设计与研究,并通过仿真与样机试验验证了本研究设计的正确性。在外骨骼机械本体方面,本研究基于人体足部关节的生物学机理,结合仿生学思想,设计了一款由一个万向节铰链和一个滑动关节构成的三自由度末端执行器:第一个自由度,通过电机和拉索驱动,可控制末端执行器沿踝关节背屈跖屈方向运动;另外两个自由度,可用于消除因使用者身高差异,或运动中位置偏移带来的关节不对齐误差。从而从物理层面提高位置控制精度,保证踝关节外骨骼的有效性。在串联弹性传动系统方面,本研究设计了一款可用于位置及力矩检测的串联弹性传动结构。综合考虑电机功率、助力效率、控制精度及外骨骼系统柔性要求,针对该结构的核心元件环形弹性体,进行了详细的结构设计、力学分析、仿真优化。该结构成功地将感知系统与机械传动系统相融合,有效起到缓冲减震,提升系统柔性的作用。经过实验标定,该装置位置检测精度可达±0.05°,力矩检测分辨率为0.868 Nm。在控制策略及算法层面,本研究设计了一套可用于康复训练和助力行走的柔顺控制算法。使用高阶傅里叶级数拟合,建立了踝关节标准步态位置模型和力矩模型;然后,以该模型为参考值,基于导纳控制策略,并结合本研究机械系统的动力学特性设计了一套踝关节外骨骼柔顺控制算法;最后,通过Simulink仿真验证了算法的可靠性。在实验验证方面,本研究搭建了柔性踝关节外骨骼实验平台,包括机械硬件系统和软件系统,并通过穿戴测试,验证了踝关节外骨骼机械结构设计的正确性。在控制系统方面,通过康复训练场景测试,验证了该外骨骼系统位置控制的精确性,控制误差在±0.5°之内;通过助力行走场景测试,验证了该系统助力的有效性和柔顺性,可以达到30%的助力效果,且可以根据人的运动意图调整位置轨迹。符合本研究设计预期。