下肢助力外骨骼机器人通过机械结构,将穿戴者关节负载转移至地面,提高了穿戴者的耐力和负载能力,被广泛应用于军事、医疗康复和工业等领域。然而,目前的下肢助力外骨骼机器人机械结构复杂,驱动系统采用部分或全自由度驱动,人机交互系统预测穿戴者下肢运动意图存在较大误差,而且跟随控制算法在追踪穿戴者关节运动轨迹时误差较大。因此,研究下肢助力外骨骼机器人机械结构、驱动系统、人机交互系统和跟随控制具有重要意义。本文通过人体下肢结构分析和步态分析,获知人体下肢结构原理和下肢运动特征;选取了合适的关节驱动方式和自由度配置,基于拟人化原则,提出了一种单自由度驱动下肢助力外骨骼机器人;设计了单自由度驱动下肢助力外骨骼机器人背架结构、髋关节结构、大腿组件和小腿组件、膝关节结构以及脚部结构。根据机械结构特点设计了驱动系统,包含液压系统和控制信号电路;由于液压执行元器件的动态特性影响液压系统稳定性,因此建立了零开口四通滑阀非对称液压缸系统的数学模型,并分析其稳定性;利用AMESim软件搭建了液压系统模型,对液压系统进行了运动仿真试验,结果表明:双腿髋关节处液压缸的工作过程满足穿戴者下肢运动特征。基于人体下肢运动特征,设计了下肢助力外骨骼机器人人机交互系统方案(包括运动信息采集系统和运动意图识别系统);设计了运动信息采集系统(包括运动控制器、压力传感器模块和姿态传感器模块);通过穿戴者下肢运动数据获取了下肢运动特征参数,基于神经网络模式识别理论,建立了四层前向BP神经网络运动模式识别系统用于识别穿戴者下肢运动意图。根据拉格朗日方程,建立了下肢助力外骨骼机器人动力学模型;基于迭代学习控制原理设计了下肢助力外骨骼机器人运动控制器,并进行收敛性分析;利用MATLAB软件搭建了迭代学习随动控制系统,选择指数变增益闭环D型迭代学习控制算法追踪穿戴者髋关节和膝关节期望运动轨迹,结果表明:初始阶段存在误差,经过系统学习更正,从第3个迭代周期开始,关节期望轨迹误差基本消除。根据单自由度驱动下肢助力外骨骼机器人机械结构、驱动系统和人机交互系统搭建了试验平台;针对人机系统处于4种不同的运动姿态,利用试验样机获取了人机系统的下肢运动特征参数,通过四层前向BP神经网络运动模式识别系统的测试,结果表明:运动模式识别系统辨识穿戴者4种不同下肢运动姿态的准确率均在95%及以上。