工业生产中,重复性劳动对人的肌骨健康具有潜在的威胁,而外骨骼机器人在这种场景中可以有效缓解人的肌肉疲劳。但目前的外骨骼常采用刚性驱动以及关节同轴驱动的方式,这对存在工作模式切换的劳动并不适用。因此,本文设计了一种主被动双模式上肢助力外骨骼,并对其进行弹性驱动控制研究。提出了一种主被动双模式上肢助力外骨骼结构及其参数优化方法。根据上肢运动特点建立其简化运动学模型,结合外骨骼应用场景确定外骨骼助力自由度并建立其点杆模型与耦合运动学模型。将上肢运动学模型与人机耦合模型进行正运动学对比,优化得到结构尺寸参数。结构上采用N型杆机构拟合肩关节转动中心的位置变化,采用棘轮-棘爪机构切换工作模式,采用串联弹性驱动器偏置的方式保证低惯量特性及柔顺性。设计了考虑人机接触力的外骨骼弹性驱动控制策略。根据弹性驱动器结构建立其力源控制模型,分析了驱动器等效刚度、比例增益对系统性能的影响。建立接触力闭环反馈控制模型并推导开闭环传递函数,分析人机接触刚度以及外环控制器参数对系统性能的影响。最后通过仿真确定理想的控制器参数,并对助力值切换和模式切换的应用场景进行仿真分析。搭建了上肢助力外骨骼实验平台,编写了外骨骼分层控制软件。通过实验验证了外骨骼助力模式切换、抬升下降助力、助力跟随,以及运动意图感知能力。实验表明所设计的上肢助力外骨骼可有效降低运动中上肢的肌肉激活强度,满足存在工作模式切换的劳动中的上肢助力需求。