外骨骼设备是用于增强、帮助以及恢复人体运动能力的机电设备,下肢外骨骼助行设备能够为老年人以及下肢障碍患者的日常行走提供助力。随着人口老龄化进程加快,下肢膝关节外骨骼的研究具有重要意义。本文从地形识别系统设计,下肢关节角度信息分析以及控制策略的选取三方面进行了研究,论文主要内容如下:首先,人体的速度、加速度等物理信号伴随运动过程产生,采集运动信息识别人体意图具有一定的滞后性,容易导致人体与外骨骼运动的不协调。针对此问题,本文设计了一种基于二维激光扫描测距仪的识别系统,通过安装在人体腰间位置的激光扫描测距仪采集地形环境信息,选用学习向量量化方法对五种不同路况识别。预识别人体意图后可以在外骨骼驱动执行器之前制定控制方法调整步态,以达到人体与外骨骼运动的最佳协调效果,保证运动的安全性。其次,平地、上/下楼梯、上/下斜坡是生活中常见的五种地形,使用VICON MX三维步态信息采集平台采集人体在不同地形下各关节的运动信息。采集得到的角度信息为离散信息,为了给控制器设计提供合理的参考轨迹,采用傅里叶级数拟合方法对离散的关节角度信息进行拟合。最后,针对人体下肢及外骨骼模型建模复杂以及建模不准确问题,本文采用基于数据驱动的无模型自适应控制方法来对下肢关节进行控制。基于关节角度的输入输出数据建立动态线性化模型,利用人体正常行走时力矩间的数据变化趋势而引入仿真先验力矩提高控制器的准确性。使用Solid Works软件设计人体模型,搭建了ADAMS和MATLAB联合仿真平台。仿真结果实现了人体模型穿戴外骨骼的正常行走,验证了所提控制方法使得膝关节外骨骼能够良好地跟踪目标角度轨迹,对人体正常行走有较好的助行效果。