主动型下肢假肢能够为截肢患者提供助力,与被动式假肢相比,能够使穿戴者的步态更加自然,减少穿戴者能量消耗,实现更多的运动模式。随着科学技术的发展,主动型假肢正逐步取代被动型假肢,成为研究重点。论文主要从对用户前方地形的识别,假肢的动力学建模和假肢的控制方法等方面进行研究,主要内容如下:首先,为了给主动型下肢假肢提供环境信息,设计了一种基于二维激光雷达的地形识别系统,通过安装在人体腰部的二维激光雷达采集地形数据,然后通过凝聚分层聚类算法提取数据的线性特征,根据所提取的线性特征,利用非确定的有限状态自动机实现了对平地过渡到上/下楼梯和上/下斜坡四种地形的准确识别。此外通过将凝聚分层聚类算法与霍夫变换算法的线性特征提取结果相对比,验证了本文所采用算法的优越性,有效解决了用于主动型下肢假肢的地形识别问题。其次,利用VICON MX三维步态信息采集平台,对人体运动信息进行采集。通过对在平地、上/下楼梯、上/下斜坡五种地形行走时的关节角度信息进行采集与分析,证明了地形识别对于假肢控制的重要意义,并为建立主动型下肢假肢的虚拟约束提供数据基础。再次,将人体下肢模型简化为大腿、小腿和弧形足三个部分,其中弧形足可以描述足底中心压力的变化,相对于点足模型,其动力学特性更接近于人体下肢。根据简化后的模型,通过求解拉格朗日方程,建立了人体下肢的动力学模型。最后,针对主动型下肢假肢与人体协调控制的问题,采用了基于虚拟约束的控制方法对主动型下肢假肢进行控制。为了进一步提升假肢控制系统的收敛速度,提出了一种有限时间稳定的控制方法,用来代替传统的反馈线性化控制。实验结果表明,该控制方法能够有效地对下肢假肢进行控制,与传统的反馈线性化控制相比,能够更加精确的跟踪虚拟约束,具有更快的收敛速度。