本文通过观察一些日常行为注意到一种普遍存在的头部转动现象:人体在行走左转之前,头部会提前向左侧转动;右转之前,头部会提前向右侧转动。因为头部转动发生在行走转向之前,所以本文认为可以将头部转向动作作为行走转向时人体意图的一种表现形式,设计一种下肢助力外骨骼,在助力模式下使用人体头部位姿调控外骨骼的行走方向与速度。本文设计了一种对输出力矩具有放大效果的下肢助力外骨骼结构,分析了其力位关系以及运动学和动力学,通过实验深入研究人体行走转向时的头部转动规律,最后设计了一种基于头部位姿调控的行走模糊控制系统。首先,对外骨骼的结构进行设计。提出一种三级运动控制思路;根据外骨骼的使用功能与控制思路设计了一种重量相对较小、载重能力强、关节输出力矩大、舒适灵活的结构方案;通过使用机构仿真模块对髋、膝关节驱动结构进行死点位置分析,保证驱动结构方案的可行性;通过对外骨骼结构中的重要零部件进行静力学和瞬态力学分析,确保结构设计的可靠性。其次,对外骨骼的力位关系、运动学、动力学进行分析。对髋、膝关节驱动机构的力位关系进行分析,建立其关节转角与丝杠螺母位置之间的关系以及关节力矩与丝杠螺母轴向力之间的关系,为后续运动学的研究做铺垫;建立以髋关节为基点的单腿平面内运动学模型和动力学模型;建立以单侧足跟为基点的外骨骼双腿12自由度空间运动学模型,为外骨骼机器人的运动控制研究奠定基础。然后,对人体行走转向时的头部转动现象进行深入研究。设计一种人体运动参数采集系统;设计采集实验方案,采集人体头部与躯干部位行走转向时各轴向角度等运动参数;编写一种数据处理算法,既可以滤除行走时头部与腰部方向角度的波动,又可以在转向时保持快速响应的特性;将采集到的数据经算法处理后,观察两个部位的运动参数在直线行走和转向时的变化情况,分析头部方向与行走方向二者之间存在的关系,为下肢助力外骨骼机器人基于头部位姿行走转向的控制研究奠定基础。最后,设计一种基于头部位姿调控的行走模糊控制系统。针对行走时头部方向与行走方向之间存在的关系设计一种头-方向模糊控制系统,将头部位姿作为系统输入,输出外骨骼机器人行走方向;设计方向-行走模糊控制系统,将外骨骼机器人行走方向作为系统输入,输出外骨骼机器人腿部支撑相位时的足跟坐标与方向;针对人体头部比较灵活,位姿中具有较多的干扰信息的问题,设计抗干扰头-方向模糊控制器,有效滤除头部大部分的干扰位姿信息。