外肢体机器人是一种新型可穿戴式机器人,可以在合适的位置和姿态上与人进行协作,辅助穿戴者完成各项操作。本文研制的外肢体机器人主要针对辅助抓取和辅助支撑两种作业方式,并能对框架式环境和人体手臂进行避障。根据两种典型的作业方式对外肢体机器人串联和并联两种构型进行设计。外肢体机器人采用两条三自由度机械臂作为机器人的主体,利用钢丝绳进行减速增矩和跨距传动,并通过钢丝绳对机械臂大臂关节和肘关节进行耦合驱动。结合各种传感器与控制器对机器人的控制系统进行搭建。对外肢体机械臂采用D-H参数法建立运动学模型,通过坐标变换和约束方程对串联和并联模式的正逆运动学进行了求解。利用牛顿欧拉动力学方程对外肢体机械臂进行动力学分析。通过Matlab机器人工具箱对串联运动学和动力学模型进行了验证。针对框架式工作环境和人体手臂,利用球体包围盒和圆柱体包围盒对障碍物和外肢体机械臂进行模型简化。本文对人工势场法的基本原理进行了分析,根据规避动态障碍物的需求改进了人工势场法,在势场函数中引入障碍物速度因素。改进的人工势场法其斥力作用在与机械臂距离最近处,合力在关节空间内进行叠加,利用虚拟做工代替势能梯度下降对避障路径进行规划。通过虚拟目标点的方法针对性的解决机械臂陷入局部极小值的问题。综合外肢体机器人的构型与结构设计、运动学与动力学分析和避障与路径规划的研究,利用Matlab与V-rep对外肢体机器人进行仿真模拟。通过抓取作业仿真分析了外肢体机械臂的运动学和动力学性能;支撑作业仿真分析了机械臂补偿人体运动的功能;避障仿真分析了外肢体机械臂的避障可靠性。通过仿真验证的方式分析得到所设计的外肢体机器人能够满足设计要求。