外骨骼机器人是一种可穿戴式的机电设备,能够为穿戴者提供助力,提高穿戴者的运动能力,因此被广泛应用于军事、工业和医疗康复等领域,并逐步向民用普及。本课题设计的轻型行走助力下肢外骨骼系统主要用于增强穿戴者的下肢力量和运动能力,适用于负载行走等场合。本研究完成了下肢外骨骼系统的设计,针对系统状态检测和动力学算法进行了研究,并通过实验验证了算法的有效性,证明了研制的外骨骼机器人具有助力效果。基于对人体行走运动特点的分析,本课题设计的行走助力下肢外骨骼机器人采用了拟人化构型,设计了多连杆机构保证髋关节的轴心与人体对齐,采用了齿轮连杆组合机构实现膝关节瞬时轴心的跟随,保证灵活性和舒适性的同时,兼顾了外骨骼的轻量化。设计了基于CAN总线通讯的控制系统和由多个IMU组成的传感系统,满足实时控制和外骨骼数据采集要求,并且具有较高的可靠性。高精度的系统状态检测是解算动力学控制算法的基础。基于多点分布IMU传感器信息,实现了包括角度,角速度等状态信息量的解算,并基于LTSM神经网络,实现外骨骼检测角度到人体实际关节角度的校正,减小外骨骼与人体关节不对齐的影响。在无足底力传感器的条件下,分析了支撑相期间动力学无法求解的原因,建立了解耦动坐标系,实现了动力学建模。在该坐标系下,结合能量函数优化方法得到地面反作用力,解算关节力矩,实现外骨骼力矩控制。在上述研究的基础上,完成了外骨骼系统的装配和集成,并通过验证了算法的正确性。通过与动捕系统对比实验,验证外骨骼系统状态检测的准确度。通过与测力平台测量结果对比实验,验证地面反作用力优化算法的有效性。最后由人机交互力反映出外骨骼具有较好的助力效,能够达到降低能量消耗的目的。