柔性外骨骼是一种新型的穿戴式智能机电系统,是外骨骼系统领域研究的一个热点方向。相较于传统的刚性外骨骼,由柔索、气动肌肉等柔性部件驱动的柔性外骨骼能够更好地适应人体特殊的解剖结构,具有运动自由度高、机械系统重量轻、人机交互性能好等优势,在航天、医疗、军用、工业等多个领域均有十分广泛的应用前景。本文从外骨骼机械系统设计、肌声信号采集与特征提取、人体关节力矩辨识等角度对柔性外骨骼系统展开研究。本文首先根据设计指标对柔性外骨骼系统进行分析,确定所设计的柔性外骨骼主要由柔性织衣及动力单元构成,动力单元采用线轮驱动鲍登线的形式,鲍登线拉动固定在柔性织衣上的锚点,从而实现肘关节屈曲/伸展、肩关节外展/内收和肩关节屈曲/伸展的单臂三自由度助力。结合人体解剖学结构,建立起人体关节运动角度与关节助力鲍登线线长、鲍登线拉力与关节所受助力力矩间的数学关系模型,并以数学模型为理论基础进行锚点位置优化和动力单元结构设计。采集人体运动时对应肌肉振动所产生的肌声信号,对采集到的肌声信号进行希尔伯特-黄变换,分析变换后所得各个本征模态函数的希尔伯特谱,找出其中表征噪声信号和运动伪迹信号的本征模态函数并剔除,将剩余本征模态函数重组以得到去噪后的肌声信号。从时域、频域、非线性三个方面对滤波后的肌声信号进行特征分析,提取出均方根值、平均功率频率、样本熵三个特征值,与采集到的对应关节力矩一同输入随机森林回归模型中,经过机器学习得到肌声信号与关节力矩的映射关系。借助训练好的模型可以通过肌声信号实时解算出当前关节的关节力矩,作为柔性外骨骼力矩闭环控制的参考输入。最后,结合上述理论分析的需求,完成了柔性外骨骼的嵌入式软硬件系统设计,并设计了动力单元助力效果测试、肌声信号关节力辨识准确率测试、柔性外骨骼系统助力效果测试等多个实验,验证了所设计的柔性外骨骼的助力效果和可靠性。