目前下肢助力外骨骼机器人一般采用髋关节、膝关节、踝关节一体化设计，存在质量重、体积大、无外界能量输入时机械结构成为负担等缺点，导致传统下肢助力外骨骼效率低、续航能力弱、穿戴舒适性差并且无法为各下肢关节提供定制化辅助。因此设计并研究能够根据各下肢关节生理特点提供辅助的模块化轻量型柔性单关节下肢外骨骼十分有研究意义。由于在人类行走过程中踝关节提供人体推进的主要能量，因此踝关节助力外骨骼的设计在模块化轻量型柔性外骨骼的研究中具有至关重要的地位和作用。本文针对柔性轻量化踝关节外骨骼的机械本体、上层控制策略以及下层控制算法进行设计和研究，并通过仿真和实验验证了本文完成工作的有效性。　　机械机构本体方面，基于人体生物学基础提出两套踝关节柔性外骨骼设计方案。综合考虑施力方式、力臂长度、空间占有率，最终确定第二种纵向施力式外骨骼。该外骨骼采用绳索弹簧传动，通过优化弹簧刚度，使得外骨骼电机输出峰值功率下降了52.8%。　　在上层控制方面，以判断辅助力矩提供时机为目的，通过对实验数据的研究和观察，识别人体行走过程中的小腿倾角特征值，提出基于IMU的时域控制策略，可提前0.034s判断人体运动状态，且效果好，可替代传统外骨骼脚底压力传感器的功能，减少了由于长时间使用脚底压传感器而导致的人体运动意图误判对使用者造成的伤害。　　下层控制方面，以稳定、准确、快速地执行上层控制的输出为目的，针对踝关节柔性外骨骼特点，通过设计、仿真基于速度和力矩补偿控制、基于卡尔曼滤波的速度和力矩补偿控制、基于卡尔曼滤波和RBF神经网络的速度和力矩补偿控制，得到最优的下层控制算法。　　实验方面，本文完成了踝关节柔性外骨骼实验系统的搭建，包括硬件系统和软件系统。为了保证系统安全性，设计了软件限位。通过弹簧刚度优化实验，验证了本文提出的弹簧刚度设计的正确性。通过上层控制实验，验证了基于IMU的时域上层控制步态划分的准确性。通过对下层控制实验，验证了基于卡尔曼滤波和RBF神经网络的速度和力矩补偿控制的控制效果好于其他控制策略，精度可达到0.8Nm。最后通过对踝关节柔性外骨骼的整体性能评价，验证了轻量化柔性驱动外骨骼也可提供较大的辅助力矩，本文设计的踝关节柔性外骨骼质量相比刚性外骨骼显著下降；与现有的踝关节柔性外骨骼设计相比，在提供同样辅助力矩的条件下，质量相比于卡内基梅隆大学设计的Alpha外骨骼降低了22%，相比于麻省理工学院设计的V2外骨骼降低了38.7%。