作为一项可以增强人体行走能力的设备,步行助力器的辅助作用可以降低人体肌肉对于身体能量的消耗,延长步行的时间。但是,目前下肢步行助力器的研究存着一些缺陷:一方面,刚性步行助力器因为设备自身重量较大,能量利用率比较低;另一方面,柔性步行助力器主要的研究重点在通过改进结构、控制等方式实现降低人体代谢消耗的指标,没有太多关注辅助效率的话题。然而,利用更少的电池能量减少人体更多的代谢消耗,对于这类研究和产品的推广具有很大的价值。因此,探究影响助力器辅助效率的因素,用于指导提高助力设备的能量利用率,是本文需要做的工作。最开始,本文结合人体下肢的运动学、解剖生理学和生物力学分析,了解到踝关节对于推动人体进行步态切换和重心转移的重要作用。在这个基础上,本文提出了模仿腓肠肌-跟腱的仿生学设计原理,将伺服电机—鲍登线作为助力器的动力装置,并对鲍登线的力学性能进行了分析和测试。在理论分析的基础上,本文首先设计了一款面向自由行走的穿戴式踝关节助力器,设备的整体质量为5.2 kg。实验证明,面向自由行走辅助,这款踝关节助力器能够在正确时间与人体产生交互力并降低人体能量代谢消耗,这个初步实验结果证明了基于鲍登线传动的柔性踝关节助力器的助力有效性。相比于其他研究,我们设计的初代样机峰值辅助力虽小,但是也能实现较为明显的代谢下降。在有效性的基础上,我们继续探究步行助力器效率的问题。通过在不同负重步行下给予不同等级力的辅助实验,探究不同负重下助力器的机械效率。本文通过创造性地提出“临界力”的概念,在临界状态计算助力器的输入输出功,从而计算辅助效率。实验结果证实,随着负重的不断增加,助力设备需要付出更多的机械功去抵消设备本身对人体带来的负影响。本文关于助力器机械效率的研究,推导出在下肢步行辅助中,助力器重量以及其他负影响对于机械效率的影响,从一个具有创新性的角度解释步行助力设备轻量化设计的重要意义。