外骨骼主要分为主动式与被动式两类。主动式外骨骼在结构、价格、能源与响应速度等方面存在固有缺陷,而被动式外骨骼避开了这些缺陷,逐渐成为外骨骼研究的热点,但目前被动式外骨骼存在能量回收少与能量转化效率低的缺点,本文提出了储存行走过程中的重力势能与动能,并利用多级能量锁止机构对能量进行控制的外骨骼运作原理。据此设计了一款被动式外骨骼。多级能量锁止机构可以自适应不同体重与行走速度且可以通过特定的动作信号控制自身的开合,实现能量的高效回收与释放。首先,基于提出的外骨骼运作原理设计了外骨骼结构模型,包括髋、膝、踝关节、多级能量锁止机构、传动系统和杆件系统。对外骨骼进行穿戴舒适性检验,完成了外骨骼初代机的设计。然后,建立外骨骼初代机力学模型。分别建立释能阶段与储能阶段的人机耦合运动与人体运动的数学模型,得到了髋关节转矩曲线。同时,基于ADAMS软件建立了运动状态相同的动力学仿真模型并对髋关节转矩做了仿真计算。两模型释能阶段髋关节转矩曲线具有高度的相关性与重合度;但由于冲击作用,储能阶段髋关节转矩相关性较低,故将仿真模型与实验得出的足底反力进行比对,结果显示两者具有较高的重合度,验证了仿真模型的正确性。利用仿真模型比较了穿戴与不穿戴外骨骼两种情况下髋关节转矩曲线,得出穿戴外骨骼初代机行走时髋关节做功值下降了9.61%。最后,利用ADAMS仿真模型以髋关节处杆长以及弹簧刚度作为变量对外骨骼初代机进行了动力学性能优化,结果显示,髋关节的作功值较不穿戴减小量达33.44%。进而对外骨骼进行再设计并制作出外骨骼优化机,为穿戴助力性能实验的开展提供条件。对多级能量锁止机构进行了研究。首先,利用ADAMS动力学模型模拟了多级能量锁止机构的作用机制,结果表明多级能量锁止机构使外骨骼的储能效率提升了236.11%。然后,探究了多级能量锁止机构对不同体重不同速度的适配性,结果表明多级能量锁止机构可以满足对不同体重与速度的适配要求。最后,研究了不同体重与速度在储能阶段的能量转化规律,建立了储能阶段的下肢能量变化模型,计算结果表明外骨骼几乎可以储存下肢运动过程中损失的全部动能与重力势能。利用外骨骼优化机开展穿戴助力性能实验。测量了对行走起主要贡献肌肉的肌电变化。将有无外骨骼辅助两种情况下行走的肌电积分值进行对比,实验证明穿戴外骨骼后肌电积分总量减少了9.12%。同时利用生理成本指数(Physiological Cost Index,PCI)全面评价人体穿戴外骨骼运动消耗。利用配对样本t检验评价穿戴与不穿戴外骨骼实验结果的显著性,结果表明对60m及以下短程运动而言,两者PCI没有显著性差异,但对6min及以上正常速度行走过程中PCI变化显著,其减少量为17.07%。