随着产业的转型升级和机器人相关技术的发展,机器人技术的应用已经从制造业领域扩展到医疗服务业领域。下肢康复外骨骼机器人作为一种典型的医疗服务机器人,市场需求量大,但是涉及到机械学、生物学、控制科学等多个学科,设计研发的技术难度较大。本文主要从机械学和运动学的角度对人体下肢运动特征进行了研究,并从机构学的角度对外骨骼和人体下肢所构成的空间机构进行了分析,设计了一种新型的柔性联结的外骨骼机构,还采用了多杆机构设计了康复外骨骼的的关节驱动机构,具体研究内容如下。首先分析了人体下肢关节的结构特点和运动特点,并根据各个关节的运动形式,建立了下肢的等效的机构模型,在等效机构模型的基础上建立了下肢的运动学模型和动力学模型,为外骨骼设计和外骨骼-下肢空间机构的运动分析提供理论基础;还分析了正常人步行时的步态特征,确定了康复目标,即外骨骼系统的设计目标。然后针对传统的外骨骼机器人在人体下肢关节和外骨骼机器人关节存在轴线偏差时,会产生过约束的问题,设计了一种柔性联结的外骨骼机构。将外骨骼机器人和下肢作为一个整体机构来分析,并采用螺旋理论,对外骨骼-下肢空间机构的约束进行分析,验证该结构的恰约束性。并建立了外骨骼-下肢空间机构的运动学模型,采用matlab分析人体下肢关节轴线和外骨骼关节轴线存在轴线偏移时,对该系统输出的影响;分别讨论了轴线存在角度偏移和各个方向的位置偏移对输出的影响,找出了对该系统输出影响最大的偏移因素;分析了联结机构机构参数对输出的影响,给出了联结机构参数的选取方法,并选取了最佳的联结机构参数。最后针对典型的下肢康复的步态要求,设计了下肢康复外骨骼机器人驱动机构。分析目标步态曲线的特征,选取了驱动机构的结构形式,建立了驱动机构的数学模型,针对该机构设计的时,非线性约束多,约束与目标函数存在耦合,且无法给出初值的情况,引入了遗传算法作为驱动机构的设计的方法,最终求得了驱动机构参数的全局最优解,并将驱动机构的结构参数进行仿真分析,仿真结果与目标运动函数进行对比,验证了该设计的合理性。