下肢外骨骼是一种被穿戴在人体下肢外用以增强人体力量、耐力的机电一体化系统,它实现了人与机器人的优势互补,在康复、军事和运输等领域有着广泛的应用前景。下肢外骨骼跟踪人体进行双足步行运动,运动灵活性高,但是动态稳定性差；而由于感知系统、控制系统和驱动系统等的耗时造成下肢外骨骼跟踪穿戴者步行出现了延时,导致两者运动不协调,甚至发生倾倒。本文针对上述问题进行了以下主要工作：以人体下肢生理结构和运动机理为依据,对下肢外骨骼进行了结构设计；采用拉格朗日方程对下肢外骨骼进行了动力学建模,并结合动力学模型计算结果完成了下肢外骨骼驱动系统的设计。为了研究下肢外骨骼动态稳定性,针对零力矩点(ZMP)稳定性判据的不足,提出了改进的ZMP动态稳定性评估方法；采用ZMP稳定性判据对下肢外骨骼冠状面内动态稳定性进行研究,得到冠状面内保持动态稳定的条件；采用改进的ZMP动态稳定性评估方法研究了一些因素,包括步长、步行周期、跨高和下肢外骨骼上身质心位置等对矢状面内动态稳定性的影响,得到提高下肢外骨骼矢状面内动态稳定性的方法。针对下肢外骨骼跟踪人体运动的延时问题,采用下肢外骨骼跟踪预测的人体步态进行运动的方法来解决。研究了多种人体步态预测方法并比较其预测效果,如基于人体步态特性分析的步态预测方法、基于卡尔曼滤波的步态预测方法、基于牛顿预测器的步态预测方法和基于改进的牛顿预测器的步态预测方法等,选择基于改进的牛顿预测器的步态预测方法作为人体步态预测方法；针对震动造成的预测误差激增的问题,提出采用减少震动时刻步态预测时长的方法来解决。提出了下肢外骨骼步态跟踪控制策略,搭建了下肢外骨骼实验平台,并在该平台上进行了下肢外骨骼单关节控制实验、步态预测实验和步态跟踪控制实验。实验结果表明,使用改进的牛顿预测器进行步态预测可以很好的抑制跟踪延时的影响,并且跟踪误差很小；下肢外骨骼步态跟踪控制提高了下肢外骨骼系统的动态稳定性,实现了下肢外骨骼与穿戴者的同步行走。