无源助力外骨骼是一种能够支撑穿戴者负重,辅助人体运动的无动力的可穿戴机械装置。传统有源驱动助力外骨骼受限于电池技术,无法长时间持续穿戴使用,影响在户外的实际应用。无源外骨骼采用轻量化设计,不借助外部能源,依靠外骨骼机械结构和人体负重原理实现对人体的运动辅助,具有轻便、易穿戴、可长时间使用等优点,但无源外骨骼仍存在腿部支撑性和舒适性不足的问题。本文通过对无源助力外骨骼膝关节的支撑性和大小腿结构的舒适性优化设计,旨在减轻外骨骼腿部的穿戴负担和不适,提高外骨骼膝关节在行走过程中的支撑性,从而提升无源助力外骨骼长时间负重使用的助力性能。根据人体下肢解剖学特征,对人体负重行走的下肢运动信息、外骨骼下肢人机协同性和穿戴舒适性分析,针对关节支撑性和穿戴舒适性提出了无源助力外骨骼膝关节和大小腿结构的设计方案。首先针对无源助力外骨骼行走过程中腿部支撑性不足的问题设计了支撑期自锁的外骨骼六连杆膝关节结构。根据人体行走的下肢关节轨迹信息,采用最优化方法设计外骨骼膝关节六连杆机构,使外骨骼腿部运动能尽可能逼近人体正常步态的腿部运动。利用六连杆机构的自锁性实现行走步态支撑期的外骨骼膝关节角度锁定,从而提高负重行走过程中无源外骨骼对人体负重的支撑性,减轻人体关节负担。然后针对外骨骼长时间使用的穿戴舒适性问题,设计了增强散热的外骨骼半包裹式大小腿结构。通过人体腿部三维扫描,设计贴合人体腿部表面的外骨骼半包裹式大小腿结构以减小外骨骼穿戴时的人机相互作用力。利用运动前后采集的腿部热红外图像,得到人体腿部热舒适敏感度的分布,以此建立人体腿部穿戴外骨骼的热舒适度评估模型,对外骨骼大小腿进行热舒适度拓扑结构优化设计,使腿部半包裹结构具有良好透气性,从而使人体穿戴使用外骨骼时的腿部舒适度达到最佳。最后介绍了无源助力外骨骼腿部设计和整体结构的实现,对外骨骼膝关节结构和大小腿半包裹结构进行强度分析和功能分析。