近年来,由于自然灾害、交通事故和自身疾病等原因,我国下肢残疾人口数量持续增长。面对逐年增加的下肢残疾患者的数量,最有效的办法是为下肢残疾患者穿戴假肢。当前应用比较广泛的被动式下肢假肢主要依靠弹性储能元件,在支撑末期释放能量帮助人体运动。但是这种方式提供的动力有限,且不能根据人体运动状态实时调整输出力矩大小。而现有的主动式假肢重量较大,控制复杂,难以大面积推广。为了满足下肢残疾者的使用需求,本课题针对膝踝假肢智能化和轻量化的要求,设计了一款新型主动式膝踝关节假肢;采用了基于肌电信号与加速度信号结合的方法,对人体下肢运动状态进行识别,在保证人体下肢运动状态识别准确率的前提下,提高识别的实时性;最后研究了主动型膝踝关节假肢控制方法,对假肢关节角度和力矩实现精准控制。此研究对帮助下肢截肢者重回社会,对智能假肢的使用和推广,具有重要意义。主要研究内容如下:（1）主动式膝踝假肢结构设计。首先分析正常人体在平地行走、快速行走、上/下坡、上/下楼、起/坐8种典型运动状态中下肢膝踝关节角度变化及步态相位变化情况,得到膝关节和踝关节角度变化范围。根据关节运动特点和关节角度变化范围,设计了一款主动式膝踝假肢,为减小假肢重量,采用模块化驱动关节作为驱动单元。（2）下肢运动状态识别方法研究。针对人体下肢运动特点,设计了人体下肢运动状态识别系统,选择患者健侧下肢大腿处表面肌电信号和股直肌前侧的加速度信号作为信号源。对采集到的表面肌电信号和加速度信号分别进行小波去噪和一阶切比雪夫低通滤波器去噪,然后对去噪后的表面肌电信号提取5层小波变换系数的最大值和奇异值,对去噪后的加速度信号提取偏度、均值和方差,共同组成特征向量,最后设计了一个两层支持向量机分类模型,对8种典型下肢运动状态进行识别。实验结果表明两层分类模型平均识别准确率分别为99.4%和98.5%,总耗时仅为97ms,识别准确率和实时性可满足假肢控制要求。（3）基于力位混合控制的主动式膝踝假肢控制方法研究。根据人体踝关节生物力学特性,当步态相位处于摆动相和支撑相前期时,踝关节力矩较小;处于支撑中期时,全足着地,身体前移重心下降,踝关节将部分重力势能转化为弹性势能;处于支撑末期时,脚尖登地跖屈将上一阶段储存的弹性势能释放。根据人体运动状态及关节的力学特性,在摆动相和支撑前期采用基于模糊PID的位置控制方法,在支撑中期和支撑末期采用基于模块化关节的力矩控制方法,实现主动式膝踝假肢的智能控制。（4）主动式膝踝关节假肢实验研究。搭建了主动式膝踝假肢样机,包括机械本体、人体下肢运动状态实时识别系统、控制系统硬件部分和软件部分,并先后进行了模块化关节电流与输出力矩标定实验和硬件测试实验、假肢空载实验、下肢运动状态在线识别实验和假肢穿戴行走实验。下肢运动状态在线识别的周期为128ms,平均识别准确率达89.95%,空载情况下假肢轨迹跟踪误差最大不超过0.1rad,穿戴行走时假肢轨迹跟踪误差最大不超过0.15rad,验证了本文设计的主动式膝踝假肢机械机构和控制方法的有效性。