步行在人类的日常生活中起着至关重要的作用,而中风、脊髓损伤、脑损伤、外伤及其他神经损伤可导致足下垂步态,表现为行走时的脚掌拍地和脚尖拖曳,使患者行走缓慢、肢间不对称、能量消耗高并且容易摔倒,对日常出行极其不利,显著降低生活质量。随着外骨骼技术在康复领域的应用与发展,踝关节外骨骼可以有效防止足下垂。然而目前研究较广泛的柔性外骨骼力矩控制性能较差,而基于串联弹性驱动器的外骨骼通过简单的位置控制就可以实现较高的力控精度,但是电机布置在足端,增加了能量消耗。为了解决这些问题,设计了一种结合柔性线缆传动和串联弹性驱动器优势的踝关节外骨骼,研制了样机,并开展了一系列相关实验研究。针对足下垂患者不同的助力需求,设计了一种结合柔性线缆传动和串联弹性驱动器优势的踝关节外骨骼系统。设计了轻量化的驱动盒,仅使用一个电机实现跖屈背屈双向助力;设计了一种可以调整刚度曲线的串联弹性元件,为之后的力矩控制奠定基础;确定了动力传输路径,完成了踝关节外骨骼的结构设计;搭建了外骨骼的电子硬件系统。提出了两种基于线缆传动的串联弹性驱动器的力矩控制策略,一种是基于串联弹性驱动器的动力学模型的力矩控制,另一种是基于内外圈偏角位置控制的力矩控制,对比分析了两种力矩控制策略,为后续力控奠定了基础。完成了基于线缆传动的串联弹性驱动器的样机制作并搭建了台架测试实验台,验证了串联弹性元件理论刚度模型的正确性。完成了阶跃响应测试,并分析了超调现象的原因。完成了两种不同线缆的力矩控制性能测试,包括不同频率下的力矩跟随性能测试、被动模式以及零力矩模式性能测试,验证了基于线缆传动的串联弹性驱动器力矩控制的可行性以及零力矩模式的优越性。完成了踝关节外骨骼系统的样机制作,提出了基于IMU传感器进行步态相位事件检测的方法,开展了外骨骼穿戴行走实验。实验结果表明,零力矩模式下的外骨骼,不会干扰人的正常行走。穿戴外骨骼以背屈助力模式和背屈跖屈双向助力模式在三种步行速度下行走时,外骨骼可以跟随期望的力矩曲线,背屈助力模式比背屈跖屈双向助力模式的力矩跟随均方根误差要小。