外骨骼技术融合了机械原理、电磁感应、流体传动、自动控制、信息等技术,是一种可穿戴的人机一体化系统。外骨骼穿戴在人体外部,为人体提供诸如保护、助力、助行等功能,能够完美地将人类的灵活性、智能性、适应性等特性与机器人负载能力强、工作时间长等特性结合,具有非常强的实用性和极大的应用前景。本论文围绕外骨骼机器人机械结构设计、动力系统设计、运动学分析和实验研究等关键问题对外骨骼进行了研究。本论文主要研究内容如下:1.对人体下肢运动机理、结构参数和各关节运动特性进行了详细的分析和总结,得到了外骨骼机器人机械结构参数。根据人体仿生学原理,对外骨骼机器人髋关节、膝关节、踝关节、大腿连杆、小腿连杆和足部结构进行了合理的设计,利用Solidworks Motion软件对髋关节、膝关节进行了仿真,得到其液压缸位移、速度、加速度与关节角位移、角速度、角加速度的关系,验证设计合理性。2.在比较现有机器人驱动方式的基础上,设计了外骨骼的液压系统方案并介绍了其控制原理;设计了实验用液压泵站、外骨骼液压系统液压缸和蓄能器;在分析比较现有的伺服阀基础上,对液压系统的关键控制元件伺服阀进行了选型,确定了伺服阀的型号为Star 200系列2级微型伺服阀;最后建立了液压系统数学模型,利用Matlab/SIMULINK对其进行仿真。3.建立外骨骼机器人D-H坐标系,对本论文设计的外骨骼进行运动分析,验证其正向运动学的正确性;采用微分变换法对其雅克比矩阵进行了求解。4.搭建了外骨骼实验平台,对其可穿戴性、液压伺服控制和髋关节液压缸输出零扭矩现象进行实验研究。