我国2017年制造、建筑等劳动密集型产业农民工人数已高达14755万人,其机械自动化程度虽然逐渐提高,针对重、大型物体拥有专业的搬运设备,但是工人仍然需要长期从事10-20Kg重物的重复操作,而这种长期重复操作最终导致了腰椎疾病成为此类工人的重大健康问题。为此,本文针对劳动工人腰椎疾病问题,以腰椎保护为目标,从外骨骼助力入手,以人体腰椎受力为研究对象,通过分析人体腰椎运动生物力学特性得到启发,提出设计一款被动储能式外骨骼机构,充分利用人体躯干重力势能,提升人体能量的利用率。主要研究工作和创新如下:（1）本课题首先开展了对人体腰椎生物力学特性的研究,以人体搬抬重物为研究动作,建立生物力学模型,先后进行了人体腰椎静力学和运动生物力学分析,得到了人体搬抬重物过程中腰椎L5/S1所受压力及力矩的变化,为后续验证外骨骼机构对腰椎的省力效果提供对比数据,为外骨骼机构助力方法研究提供了理论依据,同时为其他人体生物力学研究提供了一套研究方法和一定的研究基础;（2）根据人体腰椎生物力学启示,本课题提出了以弹簧储能元件为基础的三种不同助力方法,并通过动力学仿真对其进行了分析对比,基于最终选择的助力方法提出设计了一款被动储能式外骨骼机构,并建立了人体穿戴外骨骼运动学模型及力学模型,为逐步搜索法优化储能元件弹簧参数提供数学模型基础;（3）为提高外骨骼机构对腰椎的助力保护效果,本课题先后应用两种分别基于静力学建模和动力学建模的优化方法,对储能元件压缩弹簧的刚度、上端支撑点位置和拉伸弹簧的刚度和上端支撑点位置四种参数进行了参数优化,交叉验证了静力学建模和动力学建模仿真的正确性,确定了储能元件最终优化参数值,并基于最终参数值进行了优化效果动力学验证,腰椎L5/S1所受有效力矩约减少57.3%,其所受合力约减少了27.2%,结果表明弹簧储能元件参数优化效果明显;（4）本课题最后制造出被动储能式外骨骼机构原型样机,并先后通过仿真、实验验证评价了外骨骼的对腰椎的良好助力保护效果,同时建立了一套体外测量和在体测量综合应用的人体腰椎助力效果综合评价方法,为人体腰椎甚至是人体其他关节、肌肉的受力评价提供了参考。