下肢外骨骼機器人是旨在幫助患有步行障礙的人重新獲得腿部和關節的力量，以實現站立和行走等功能的可穿戴設備。與包含剛性機構的傳統機器人相比，具有柔順特性的下肢外骨骼機器人能在被動式彈性元件中儲存和釋放能量，同時最大限度地減少由于沖擊引起的反作用力，提高人機交互的安全性。本文從驅動柔順和關節柔順兩方面對下肢外骨骼機器人柔順特性進行綜述，分類介紹增強型、輔助型、康復型下肢外骨骼機器人，并對該領域未來發展趨勢進行展望。
本文擬探明穿戴式下肢外骨骼對人體下肢相應關節參數與肌肉運動學、動力學參數的影響變化，進而為優化其結構、提高其系統性能提供科學依據。本文通過采集受試者的行走數據，以人體下肢各關節在矢狀面上的關節角度作為下肢外骨骼仿真分析的驅動數據，運用人體生物力學分析軟件 Anybody 分別建立了人體模型（即未穿戴下肢外骨骼的人體模型）和人-機系統模型（即穿戴下肢外骨骼后的模型），并對比分析了兩種情況下人體下肢運動時的運動學參數（關節力、關節力矩）及肌肉參數（肌肉力、肌肉激活程度、肌肉收縮速度、肌肉長度）的變化情況。實驗結果表明，人體穿戴下肢外骨骼后行走的步態滿足正常步態，但會出現個別肌肉力突增的現象；下肢主要肌肉的最大肌肉激活程度均未超過 1，說明肌肉均未出現疲勞或損傷狀況；股直肌的最大肌肉激活程度增加最多（0.456），半腱肌的最大肌肉激活程度增加最少（0.013），提示下肢外骨骼最容易引起股直肌疲勞或損傷。通過本文研究結果說明，為避免出現個別肌肉力突增導致人體下肢損傷，在設計下肢外骨骼時，要特別注意人體體段長與下肢外骨骼桿長的一致性和運動的平穩性。
為減小在高負重的情況下穿戴下肢外骨骼時足部與地面接觸產生的沖擊，本文設計了一種用于提高足部舒適性的外骨骼足部機構，并對其影響舒適性的關鍵指標進行了優化。首先，本文基于步態周期的足底受力特點建立了足部機構物理模型，進而抽象出振動數學模型，并用有限元分析軟件 ANSYS 仿真驗證了模型的正確性。然后，本文基于振動數學模型分析了振動參數對絕對傳遞率的影響，并用數學計算軟件 MATLAB 遺傳算法工具箱優化振動參數。最后，本文以白噪聲模擬路面高程作為振動輸入，利用 MATLAB 中的可視化仿真工具 Simulink 并結合振動方程構建加速度仿真模型，進而計算足部的振動加權均方根加速度值。研究結果表明，該足部舒適性機構能夠滿足減振性與足底壓力的舒適性指標。本文為外骨骼足部機構的設計提供了一套較為完整的設計方法，對于其他外骨骼的足部設計以及踝關節康復機構的設計具有借鑒意義。
為了提高下肢外骨骼機器人及其穿戴者行走的流暢性和人機相互協調性，本文提出了一種基于慣性傳感器信號的下肢外骨骼穿戴者行走步速識別方法。首先選取大腿處和小腿處的三軸加速度和三軸角速度信號，隨后根據時間窗口提取當前時刻前0.5 s的信號，以頻域信號中的傅里葉變換系數為特征值。接著將支持向量機（SVM）與隱馬爾科夫模型（HMM）結合作為分類模型，對該模型進行訓練和步速識別。最后結合步速變化規律與人-機約束力，預測當前時刻步速大小。試驗結果表明，本文提出的方法能夠有效識別下肢外骨骼穿戴者的步速意圖，七種步速模式識別率可達到92.14%。本文方法為實現外骨骼與穿戴者之間的人機協調控制提供了新思路和新途徑。