在人类正常行走的过程中,趾关节在支撑末期与地面接触并且储存能量,为摆动期提供一定的助力。然而,在现有的膝上假肢中,假脚是一个单分段结构,这会导致截肢者没有明显的支撑末期,消耗更多的能量,截肢侧与健全侧步态不协调等。针对这些问题,本论文设计了一种具有膝-踝-趾三个关节的假肢结构,构建了假肢步态切换控制系统,该步态切换控制系统可以针对截肢者的不同步态阶段,选择不同的控制器,使假肢在不同的运动状态间平稳过渡,获得比较自然的步态。膝-踝-趾动力型假肢的主要研究内容如下:首先,步态信息采集。利用VICON采集正常人体水平行走时的下肢各关节角度,利用AMTI测力板采集足底压力信息。根据步态特征和足底压力信息将人体的步态划分为摆动期（SP）、支撑前中期（E＆MSP）和支撑末期（LSP）。其次,建立膝-踝-趾动力型假肢（KATATP）的机械结构,并结合人体下肢的运动规律,建立假肢的数学模型。其数学模型包含描述假肢位置信息的运动学模型和描述假肢运动特点的动力学模型。用基于群论和螺旋运动理论的李群李代数方法建立KATATP的运动学模型;用基于系统能量角度分析的Lagrange方法建立KATATP的动力学模型。数学模型作为膝-踝-趾动力型假肢步态切换控制系统的被控对象,为后续的切换控制奠定了基础。再次,针对假肢运动过程中,摆动期、支撑前中期和支撑末期存在的不稳定切换,使系统难以控制的问题,提出了基于平均驻留时间的切换控制方法。将不同的步态阶段看作不同的子系统,完成子系统的稳定切换,并且设计了子系统控制器,实现子系统的轨迹跟踪控制。最后,将设计的假肢机械结构作为切换控制系统的被控对象,电机作为关节的驱动元,搭建假肢步态切换控制的联合仿真平台。仿真结果表明,膝-踝-趾动力型假肢能使截肢者的步态具有比较明显的支撑末期,切换控制策略能使截肢者的步态在三个步态阶段间完成稳定切换,子系统控制器能使截肢者具有比较协调的步态。