从古至今,由于战争,工作事故和疾病等原因导致腿部截肢的人一直是一个比例很大的社会群体。随着截肢患者的比例逐渐增高,为了摆脱很多生活不便,各种辅助设施对于他们的生活是一种必不可少的存在。基于改善腿部截肢患者日常生活这样一个目的,本文以机械假腿为研究对象,开展了机械假腿的设计和研究工作。本文首先对人类腿部运动过程进行了分析,确定了正常人类的行走模式。之后利用拉格朗日法建立了关于人体假腿运动的动力学模型,此模型为机械假腿系统的数学模型,将在机械假腿系统的设计分析中得到应用。根据人类腿部运动规律,本文设计了一个机械假腿实验模型,并进行了加工和组装。该机械假腿由髋关节,大腿,膝关节和小腿等组成。髋关节的控制由直流电机驱动,旋转编码器作为位置传感器,构成闭环控制系统。膝关节工作在制动状态,安装了一个液压盘式制动器,液压盘式制动器由伺服电机驱动。对于机械假腿的运动系统,本文利用Simulink软件首先对髋关节和膝关节进行了基于传统PID控制的运动系统仿真,然后用模糊PD控制对膝关节进行了系统仿真,仿真结果表明系统有较好的随动特性。本文最后进行了机械假腿控制系统设计,控制系统的采用笔记本电脑作为控制器也称为上位机,控制软件基于Simulink软件进行构建。对于髋关节部分,硬件包括直流电机,Arduino Mega2560电路板,电机驱动器L298N和编码器;对于膝关节部分,硬件包括伺服电机,Arduino Mega2560电路板,液压式盘式制动器和编码器。进行了基于PID和模糊PID控制的髋关节摆动跟随实验,实验结果表明髋关节采用模糊PID控制具有更好的系统跟随特性。