下肢外骨骼机器人是一种用于穿戴者运动增强的人机一体化智能装备,它随着电子信息技术的发展,现已成为国内外研究的一个热点领域。虽然国外在外骨骼研究方面取得了很大进展并逐步开始商业化,但是其成本过高,推广起来较为困难。另外,目前研究中普遍存在着驱动自由度过少,不能最有效地实现外骨骼助力功能的问题。针对当前研究存在的不足,本文试图研制出一款成本低、体积小、集成度高、驱动自由度足够的外骨骼机器人控制系统。在深入研究人体运动机理后,提出了外骨骼机器人关节与人体关节最大耦合匹配的运动自由度模型。在该模型基础上,结合多轴控制技术及嵌入式技术提出了以ARM为主控制器,FPGA为协控制器,两者之间采用SPI总线通信的下肢外骨骼控制系统方案。基于ARM+FPGA的外骨骼控制方案,研究设计了控制系统的硬件电路。完成了ARM相关硬件接口电路、FPGA最小系统、电机驱动电路以及编码器脉冲整形电路的设计;采用Altium Designer软件完成了控制系统PCB的设计。研究开发了外骨骼控制系统软件。在ARM平台上,完成了嵌入式Linux系统交叉编译环境的搭建,SPI总线驱动的移植以及基于Qt的应用程序开发。在FPGA平台上,完成了SPI通信模块、PWM波形生成模块、关节电机位置与速度的检测模块、顶层模块的软件开发,并在FPGA上实现了关节电机的PID控制算法。通过采用FPGA内部时钟同步机制,实现了十个关节电机的运动协同。测试了系统硬件,并对软件各功能模块进行了在线调试和仿真。基于C#完成了外骨骼机器人控制系统监测软件的开发,进行了轨迹跟踪实验,达到了良好效果。