近年来,外骨骼作为增强人体力量、辅助人体训练等方面被广泛而深入的研究。同时外骨骼也是集机械、电气、传感器、空间控制于一体的人机智能系统,被广泛的应用于军事、医疗、救援和日常生活中。但现在成熟的外骨骼是全身骨骼或只针对下肢所设计的,其价格昂贵、设计维护复杂、自身重量大,难以满足现在市场对外骨骼的需求。本文在分析人体上臂运动机理的基础上,研究和设计了一套轻量化、灵活度高和成本较低的可穿戴上肢外骨骼。首先在分析人体上肢骨骼关节组成及运动方式,在参考骨骼运动学和动力学原理的基础上,设计了基于电机驱动的可穿戴上肢外骨骼机械臂。对上肢外骨骼进行了空间运动学分析,获得了关节角度与空间位置的关系。应用拉格朗日法建立了动力学方程,进行了动力学分析;并应用MATLAB软件分析模拟手臂搬运物体时的关节受力情况。本文在对人体上肢骨骼关节进行动力学和运动学分析的基础上,对动力关节的驱动方式和控制方法进行了详细的设计。选择了磁场定向控制(FOC)算法的无刷电机驱动,并完成驱动的软硬件设计;并针对传统PID控制器对外骨骼动力关节控制存在的对外部干扰敏感、超调过大和响应过慢等问题,利用自抗扰控制算法设计了自抗扰控制器克服了存在的控制问题,实现了对外骨骼动力关节的控制。最后根据对可穿戴上肢外骨骼结构设计及控制算法研究的基础上,建立实验平台,制作动力关节试样,验证动力关节控制算法及特性。实验结果表明,可穿戴上肢外骨骼结构合理,动力关节驱动能力强,控制可靠稳定,响应迅速,完全满足实用要求。