下肢假肢是为了弥补截肢者肢体缺损,代偿其失去的肢体功能而制造、装配的人工肢体。与普通的下肢假肢相比,智能假肢具有智能性、安全性、舒适性等优点。阻尼式下肢假肢虽然能实现平地行走等动作,但无法提供主动力矩,与人体正常步态仍有较大差距;主动式假肢能提供主动力矩,但受体积、重量、能耗等因素制约。此外,我国目前智能下肢假肢较少,而国外商品价格昂贵,因此,本课题的任务是设计既能提供主动力矩,又具有阻尼式下肢假肢优点的主被动混合驱动假腿,包括结构设计以及控制方法研究。本文研究的主要内容如下:(1)设计实验方案,通过对测量不同步态情况下人体正常行走时膝踝关节角度,得到不同步态情况下人体膝踝关节角度曲线;通过分析对人体运动规律进行总结,同时对步态相位进行划分,为下肢假肢的设计与控制提供实验依据。(2)设计主被动混合驱动假腿结构。首先,分析下肢假肢的设计需求,提出下肢假肢的总体构型;对所提出的下肢假肢构型的关键参数进行分析计算;得出下肢假肢的总体结构。其次,对下肢假肢的运动学和动力学进行分析,为下肢假肢的设计提供理论依据。最后对下肢假肢的能耗进行理论分析。(3)提出主被动混合驱动假腿的控制方法。首先,对人体在不同行走条件下的步态相位进行划分,同时提出识别所划分相位的方法;其次,对人体在不同行走条件下的膝踝关节角度关系曲线进行拟合与简化;最后,根据所提出的步态相位划分方法以及膝踝耦合方法,基于所设计的主被动混合驱动下肢假肢结构,提出了基于人体步态相位及膝踝耦合关系的下肢假肢状态控制方法。(4)制作下肢假肢样机并进行下肢假肢行走实验。首先,制作主被动混合驱动下肢假肢样机,包括关键元件选型、购买、加工、组装;搭建下肢假肢测试平台;其次设计控制系统硬件,编写控制系统软件;最后进行下肢假肢穿戴实验并对最终的实验结果进行分析。