人的腰部承担着身体主要的运动和较大的载荷,尤其是在搬运重物等劳动过程中,外加载荷也主要由腰部承担。而腰部的支撑作用仅由腰椎承担,腰部肌肉和腰椎极易劳损甚至直接受到物理伤害。因此,对腰部减负外骨骼机器人的研究受到广泛关注。但是目前有些助力机器人机构仅注重于对人体腰部肌肉力量的分担,虽然可以明显减轻肌肉的载荷,但在增加负重能力的同时,也增大了脊椎所承受的内力。长时间使用必然会对使用者脊椎造成损伤,增加患腰椎疾病的可能性。为研究一种既能对人的腰部进行助力,又能减小腰椎载荷起到劳动防护作用的外骨骼,本文做了如下工作:（1）分析了人在弯腰动作和下蹲搬运重物时人体机构的运动过程,分析了搬运重物时腰部所受的力矩。通过Vicon运动捕捉系统对人在弯腰搬物这一过程中脊柱的运动轨迹进行了采集,在此基础之上将人体弯腰搬物动作中的起身过程划分为三个阶段,分别分析各阶段的动力需求,最终将之表达为腰部助力外骨骼各执行装置需提供的动力与人体弯腰角度ω之间的关系,作为外骨骼动力驱动的依据。（2）通过对人体机构、运动特点和搬运重物的力学过程分析,提出了并联式人机协调外骨骼腰部助力机构的方案,通过布置于身体前后的动力装置,与人体共同形成并联助力机构,根据此方案设计了外骨骼机构。原理是通过直线驱动装置的“前推后拉”式助力方法对人体腰部实施助力,由于前后驱动装置在沿脊椎方向上的分力相互抵消,可减小脊椎受到的额外内力载荷,从而达到兼顾腰部助力和劳动防护的作用。（3）根据外骨骼机构轻便、低成本和动力稳定的需求,提出了其液压驱动系统的设计方案。设计了一种双边锥面节流数字滑阀,为其设计了驱动外骨骼油缸的差动液压系统。对所设计的差动液压系统进行了初步实验,结果显示所设计的数字滑阀结合差动液压系统,能通过改变阀芯位移对执行油缸进行正、反向及推力大小控制,且其推力变化过程可根据实验所得规律进行伺服控制。（4）对弯腰搬物过程进行了静力学分析。分析中把人体和外骨骼机构视为一个并联系统,在此并联系统中分析机构对人的助力效果和对脊椎内力的减小效果。分析结果表明,该方案在实现腰部助力的同时,确可减小腰椎内力。（5）对外骨骼机构进行了初步的助力实验,实验结果表明该外骨骼能对人体弯腰搬物动作形成助力,且由于腿杆的加入,载荷通过腿杆传递到地面,减轻了腿部受到的载荷,实现了在对腰部助力的同时,不给身体其他部位施加负担。