在工业装配领域,工人常常需要保持半蹲姿势或者全蹲姿势才能触碰到装配工件的重要部件,长时间保持这种姿态工作,则会增加膝关节的负担,轻度可能导致肌肉疼痛,严重可能导致职业性肌肉骨骼疾病（WMSDs）。为了降低肌肉骨骼类疾病的发生,本文设计一款被动式机械外骨骼,该外骨骼旨在为保持某些固定蹲姿工作的工人提供重力支撑,减轻膝关节的负担,从而分担部分肌肉力。首先,以人体下肢为分析对象,根据生物学需求建立人体坐标系,分析人体下肢各关节的运动形式以及运动角度范围。查阅国家发布相关的人体身高数据文件得知人体下肢的具体尺寸范围,从OpenSim社区获取人体下肢行走周期内各关节运动角度数据,为下文外骨骼机器人的结构设计提供理论依据。其次,对被动式外骨骼机器人进行结构设计。分析国内外外骨骼机器人锁紧机构的现状,综合考虑穿戴者的使用需求,设计出一种新型的锁紧机构,采用齿轮之间的啮合力来实现外骨骼膝关节的锁紧,可以实现膝关节的任意位置锁紧,同时设计回复装置,使其能够为人体提供重力支撑,结构紧凑,便于使用。对设计外骨骼机器人主要受力零件进行强度校核,采用拓扑优化的方法进行轻量化设计,优化后的外骨骼重量明显减轻。再次,将所设计的外骨骼模型简化为人体三杆模型,构建人体下肢的运动学模型,基于D-H参数和解析法建立外骨骼运动学方程。分别求解下肢的运动学正解和逆解,与OpenSim社区提供的运动学数据进行比对分析,对所建立的运动学模型进行验证。基于蒙特卡洛法求解外骨骼模型的工作空间,MATLAB可视化结果显示外骨骼工作空间满足人体下肢的运动需求。构建人体模型的动力学模型,基于拉格朗日函数法求解出各杆件的受力情况,通过ADAMS构建仿真模型,仿真数据与动力学求解数据进行比对,验证了动力学模型构建的准确性。通过测量ADAMS中的膝关节力矩,结果证明外骨骼机器人可以为人体提供重力支撑。最后,本章利用生物力学软件OpenSim,将设计的外骨骼与人体肌肉骨骼模型进行耦合仿真分析。通过编辑OpenSim中的人体肌肉骨骼模型文件,将所设计的外骨骼机器人与人体肌肉骨骼进行耦合,主要计算分析耦合模型与人体骨骼模型在行走与下蹲两种状态下,人体下肢主要受力肌肉的肌肉力变化情况。通过穿戴外骨骼前后的仿真结果数据对比分析,得出无论是行走还是下蹲过程中,人体下肢主要受力肌肉的肌肉力变化都很小,同样可以说明穿戴该外骨骼对人体的行走与下蹲影响很小,外骨骼设计适宜人体穿戴,不会对人体有额外的负担。