由于不同原因造成下肢运动功能障碍的人群逐年增加,并且专业康复理疗师数量有限,而可穿戴式下肢外骨骼机器人可以不知疲倦地帮助患者进行标准化的康复治疗,同时减轻了理疗师的劳动强度,是目前的一个研究热点。本文首先针对下肢外骨骼机器人的国内外研究现状做了分析,明确了外骨骼机器人开发中的技术难点,确定了本课题的研究内容。本文主要从以下几个方面展开:首先,完成三维模型的建立。基于人体下肢解剖结构对人体下肢运动机理进行分析,确定了下肢主要关节的运动形式;紧接着对人体下肢运动进行了分析,确定了人体下肢运动范围及各关节自由度数目;参照国家标准人体统计数据,结合人机工程学并基于拟人化设计思想建立了适用于不同身高、体重的患者穿戴的下肢外骨骼机器人的三维模型。其次,进行运动学和动力学分析。基于D-H法建立了外骨骼机器人的D-H模型,对其进行了正逆运动学的分析;并在ADAMS中对运动学进行了仿真。采用拉格朗日法分别对一个步态周期内的支撑腿和摆动腿进行了动力学分析,可以得到处于不同运动状态下各关节的驱动力矩,为控制系统的建立提供依据。然后,进行下肢外骨骼机器人的步态规划。步态规划是为了获得期望的符合运动规律的步态,以帮助下肢运动功能障碍的患者实现再次行走愿望。分别对起步阶段和连续步行阶段摆动腿的髋和踝关节在五个标准相位下的轨迹进行了规划,得出了五个标准相位下髋关节和踝关节的坐标,结合逆运动学分析即可获得各关节的关节转角。然后结合相关步态参数在MATLAB中仿真出髋关节、踝关节的实际轨迹曲线。最后,完成基础物理样机的搭建和调试,并进行步态实测实验。基于建模和仿真的结果,设计并装配,完成下肢外骨骼机器人可伸缩腰部杆件、腿部杆件、脚踝等整机样机。基于D-H法的正逆运动学分析、下肢外骨骼机器人的步态规划,完成了控制系统的设计和调试,实现样机的步行控制。采用陀螺仪采集样机实际运行时的步态运动数据,并将测得的实际的屈曲角度曲线与输入屈曲角度曲线进行步态行走的测试对比分析。图59幅,表7个,参考文献68篇。