穿戴式下肢外骨骼机器人是一种典型的人机耦合系统,需要外骨骼与人体运动状态协调,进而辅助人体运动,提高人体的运动机能。本文针对复式套索传动的下肢外骨骼,研究其轨迹跟随控制技术,以辅助患者进行康复训练;设计人机协同控制系统,控制外骨骼对人体进行助力,提高人体的运动机能。首先,本文对复式套索传动特性进行分析,建立复式套索传动模型;对所研究的下肢外骨骼结构进行分析和简化,根据拉格朗日方程,建立人体下肢的动力学模型;再根据外骨骼绑带和人体之间产生的人机交互力,建立人机耦合动力学模型。结合摩擦模型,对人机耦合模型中的摩擦参数设计静态实验和动态实验进行离线辨识。其次,对外骨骼控制系统硬件和控制系统软件进行设计。对外骨骼控制系统的设计要求进行分析,选择工控机作为控制系统的主控设备,并对外骨骼系统的传感检测模块进行设计,以用于实时测量外骨骼运动信息。设计了上位机交互界面,实时监测和调控外骨骼运动,为后续控制策略的调试奠定了基础。随后,本文针对残疾人的下肢行动障碍问题设计了轨迹跟随控制算法。由于所研究的复式套索传动的外骨骼系统为典型的非线性系统,本文设计了模糊PD控制算法对外骨骼系统进行运动控制,改善了控制系统的跟随迟滞性问题。为了优化轨迹控制效果,本文基于人机耦合动力学模型设计了滑模控制器,得到了较小的轨迹跟随误差和快速响应跟随效果,但是系统存在小幅抖动。因此,在滑模控制器的基础上进行优化,提出了基于模糊增益的滑模控制算法,进一步减小了轨迹跟随误差值。通过对三种控制器的实验结果分析对比,得出基于模糊增益的滑模控制器控制效果最优的结论。下肢外骨骼对人体进行助力控制时,需要不断调整人机交互状态。为了更好地实现人机协同运动控制,本文利用正交编码器和人机交互力传感器通过径向基神经网络辨识人体的运动意图,并对人体的步态相位进行分析,设计了阻抗控制策略,通过设定目标罚函数来调整控制器输出,实现人机协同控制。最后,本文针对外骨骼的性能设计了人机协同评价系统,主要从减负性、助力效果和穿戴柔顺性三个方面进行评估,并设计了相应的性能评价指标。对人机协同控制系统设计对比实验,通过对传感检测模块的数据分析,证明下肢外骨骼机器人对人体有一定的助力作用,可以提高人体的运动机能。