下肢外骨骼机器人最初应用在军事领域,现已渗透到康复医疗,农业,工业等多个领域。我国目前正面临着人口老龄化加快,残障人士越来越多等问题,他们迫切需要一种辅助行走和康复训练的便捷装置,下肢外骨骼机器人的应用为这些问题提供了有效的解决方案。本文设计了一种下肢外骨骼机器人,采用拟人结构,并对踝关节进行了改进优化,主要涉及下肢外骨骼机器人结构设计与仿真分析,采用理论分析与仿真实验相结合的方法进行研究,具体内容如下:通过对人体下肢运动机理、人体步态的研究,为下肢外骨骼外形尺寸及自由度的确定提供依据。根据适用人群特点及可穿戴性要求,确定驱动方案,控制方案以及机械结构方案。通过对下肢外骨骼机器人几种常用踝关节结构的分析,找出其不足之处,分析了外骨骼关节旋转轴位置对人体踝关节运动的影响,进而设计了一种新型踝关节。运用D-H法进行运动学分析,建立了运动学方程,确立了关节角度与脚部位姿的关系。利用蒙特卡洛法求解下肢外骨骼脚部工作空间,并验证运动学方程的正确性。对运动学模型进行速度分析,建立了速度雅克比矩阵,确立了关节转动速度与脚部速度的关系。引入机构动力学参数,运用拉格朗日动力学方法进行了动力学理论分析,建立了下肢外骨骼机器人动力学模型。运用ADAMS进行了人体穿戴下肢外骨骼行走仿真和踝关节被动关节的弹性性能仿真。在下肢外骨骼电机处加入驱动,外骨骼腿部绑带与人体腿部建立柔性连接,使行走仿真结果更加接近真实情况,验证了 ADAMS仿真分析的可行性,为选择驱动电机提供依据。运用Simulink进行了躁关节控制仿真,利用PID反馈调节机制,建立直流电机仿真模型、动力学仿真模型、控制系统仿真模型,进行联合仿真。通过检测到的关节角度实际值与理论值偏差,来控制电机电压变化,进一步控制关节,使关节角度理论值与实际值基本一致,达到模块化控制的作用。