外骨骼助力系统是人的智能和机器人的机械能相结合的可穿戴装备,广泛应用于军事、医疗以及灾难救援等方面,来为穿戴者提供一定的助力。气动肌肉作为一种新型气动执行器,相比于电机和液压等传统执行器,与生物肌肉特性类似,具有功率质量比和功率体积比高,响应速度快、成本低廉、安全可靠、清洁无污染以及良好的柔顺性等特点。由于其所具有的优良特性,使得它越来越多的受到研究者的青睐。但国内外所研究的气动肌肉驱动的外骨骼助力装置大多为身体局部康复机构以及上肢助力机构,本文首次尝试进行气动肌肉驱动的外骨骼助力系统的研究,进一步深化气动肌肉的应用。本文以气动肌肉作为驱动器,开展了外骨骼装置的机构设计、气动肌肉数学模型的建立、气动肌肉的非线性控制研究、上下肢运动学动力学理论分析以及上肢负重能力实验和下肢平地行走控制策略研究等,初步完成了外骨骼研究的基础工作。主要内容包括以下几个方面：第一,建立了人体坐标系,并分析了各个关节的运动形式.采用拟人化的设计方法,完成了外骨骼结构的设计。第二,搭建了气动肌肉力学特性测试平台,对气动肌肉的静力学等特性进行了实验研究,建立气动肌肉的多项式拟合模型,针对气动肌肉的强非线性特性,设计了基于微分器的滑模控制器,对单根气动肌肉负载系统进行了正弦位置跟踪控制研究,验证该控制器的有效性。第三,分别建立了上肢和下肢外骨骼的运动坐标系,在此基础之上,进行了上肢和下肢外骨骼的运动学正解和逆解的计算。利用拉格朗日方程和虚功原理,建立了上肢和下肢的动力学方程。利用三维仿真软件ADAMS对外骨骼进行步行模拟仿真。第四,建立了整个外骨骼助力系统实验平台,在此基础之上,对上肢单臂进行实验,验证了其负重能力；测试分析了平地行走过程中,脚底压力的变化及关节角位移的变化规律,设计了外骨骼助力系统人机协同行走控制策略,并通过单腿步行实验验证了其有效性,实现了负重助力行走。