下肢外骨骼机器人是用以加强人体下肢行走能力的装备。本文着眼于下肢外骨骼在康复医疗领域的应用,将从下肢外骨骼的机械结构、动力学模型、硬件控制系统、控制策略、Simulink仿真以及关节控制实验这六个方面展开研究。外骨骼的结构和嵌入式系统是完成后续控制算法研究的硬件基础。在外骨骼的结构设计方面,分析了人体解剖面和下肢步态相位,选定了外骨骼的驱动方式,确定了下肢外骨骼的结构采用四自由度连杆机构,把每条腿的髋关节和膝关节的矢状面自由度设置为主动驱动,并依据Solid Works设计图装配了实验样机。然后对控制系统进行规划,在硬件上,选定传感器、确定控制板和电动缸等,再搭建嵌入式控制系统。通过采集患者的关节运动数据,利用模糊滑模控制器实时纠正系统的误差,使外骨骼机器人能够精确地跟随所设定的步态轨迹,患者下肢经过重复性的运动,可以达到促进血液循环、增强患者肌肉活动度和促使其逐步实现以正常步态运动的目的。在下肢外骨骼的动力学建模中,把下肢外骨骼的一条腿映射为二自由度连杆机构,采用拉格朗日方法对该机构进行动力学建模,并对外骨骼转角与电动缸位移的运动结构关系进行了分析,把采集的步态角度量转换为电动缸的位移量。在动力学模型的基础上,提出了模糊PID控制算法,为了进一步改善控制效果,将模糊思想与滑模控制相结合,提出了模糊滑模控制算法,并采用Lyapunov法对所设计的算法进行了分析,结果验证了算法的稳定性。此外,通过对切换增益的模糊化抵消了干扰或其它因素的影响,使系统达到滑模面后,可始终保持滑模运动。针对模糊PID控制器和模糊滑模控制器分别构建了Simulink仿真模型,仿真比较了模糊PID算法和模糊滑模控制算法对输入曲线在无扰动和有扰动下的跟踪效果,结果表明,在无扰动的情况下,两种控制器都可以较好地跟随目标曲线,同时表明在强扰动的作用下,模糊滑模控制算法与传统的模糊PID算法相比,具有超调量小,稳定性强等优点。最后,通过髋关节的人体步态曲线跟踪实验发现模糊PID控制器在初始位置误差较大,在波峰和波谷处出现了超调,而模糊滑模控制器可以较为精确地实现对目标曲线的跟随,并进一步采用正常的人体步态数据进行了髋关节和膝关节的实验,实验结果验证了模糊滑模控制算法的有效性和优越性,实现了下肢外骨骼对人体步态曲线的有效跟踪。