在智能假肢研究及开发过程中,需要对其进行大量的性能测试实验,但让残疾人穿戴假肢进行实验比较困难。为了给智能假肢的性能测试提供理想的实验平台,课题组提出了异构双腿行走机器人模式。人工腿作为异构双腿行走机器人的重要组成部分,其主要功能是模拟残疾人健康腿的正常步态,给智能仿生腿提供步态跟随目标轨迹。因此,人工腿的运动控制对整个异构双腿行走机器人的研究具有非常重要的意义。基于对人体下肢的生理结构及运动机理的分析,充分考虑健康人腿结构尺寸的基础上,对人工腿的整个机械系统进行了详细的结构设计和三维运动仿真,并开发了人工腿原型样机。在驱动方面,采用伺服电机作为髋关节和踝关节的驱动源,采用气动人工肌肉(PMA)作为膝关节的驱动源。膝关节的控制系统是本文研究的重点,结合气动人工肌肉的驱动方式,我们设计了由气动人工肌肉和气动高速开关阀组成的膝关节气动控制系统。由于气动人工肌肉(PMA)本身具有非线性,解析计算建模较为困难,本文利用已搭建完成的气动人工肌肉性能测试实验平台对人工肌肉的特性进行了分析,并建立了精确的数学模型。以膝关节的控制系统为研究对象,在动力学分析的基础上,建立了驱动关节的数学模型,并采用虚拟样机技术搭建了联合仿真平台。以提高系统控制精度为目的,应用PID控制策略和滑模变结构控制策略,分别对膝关节的控制系统进行了人工腿步态轨迹跟踪控制仿真,并得到了良好的仿真实验结果。在理论研究的基础上,完成了人工腿控制系统实验平台的搭建,并分别进行了三个关节的步态轨迹跟随实验研究。实验研究结果表明,本文所设计的人工腿结构系统和控制系统都较好地达到了预期目标。