下肢可穿戴助力外骨骼机器人是一种并联在人体上的机电一体化装置,能够辅助人体实现下肢力量的增强并减少血氧消耗。可穿戴外骨骼机器人主要包括可穿戴在人体各部位的机械装置、动力装置以及传感检测装置三个部分,它们组成了一个可提高人体运动功能与负荷能力的辅助机器人系统,该系统融合了传感、控制、人机交互、移动计算等多学科领域的关键技术,其中准确识别人体运动意图并设计控制系统来实现外骨骼下肢关节随动助力是本文研究的重点。本文以下肢外骨骼助力机器人为载体,以下肢可穿戴助力机器人随动控制系统为研究对象,主要研究内容包括下肢运动信息的数据采集与处理,运动学及动力学建模分析,随动控制系统仿真,软硬件的设计与样机实验。首先对人体下肢结构、人体步态周期进行了理论分析研究,为后续肢体模型运动轨迹计算提供理论依据。以现有双关节助力外骨骼机械结构与整体控制框架为基础,设计人体下肢信号采集系统和基于卡尔曼滤波器的运动意图预测算法,预测结果作为动力学分析及控制系统的输入量。利用拉格朗日-欧拉方法对简化的人体下肢模型(二连杆机构)进行动力学建模,并验证所设计的预测算法和动力学模型的可行性和准确性。按照传统D-H矩阵方法建立坐标变换矩阵,推导出助力外骨骼机器人的下肢正、逆运动学方程,从而建立关节角度变量与机器人步态轨迹数据之间的转换关系,为实现步态控制提供数据支持。运用MATLAB中的Simulink和SimMechanics工具箱搭建下肢外骨骼双闭环控制系统模型,验证建立的下肢模型及控制系统的正确性;最后在课题组助力机器人模块化机械结构的基础上进行了控制系统设计,选择控制系统的硬件组成并设计分布式软件系统,并进行样机实验,验证系统的有效性。