世界范围内有数百万人遭受着下肢截肢的折磨,而现今的医学发展不足以再生肢体,因此使用踝足假肢是膝下截肢患者恢复基本的行动能力的必要手段。现有商业化的踝足假肢大多是被动的,通过弹性或阻性原件提供基本的支撑、小幅度的储能和适应能力,但不具备净功输出,与健全人体的踝关节功能相去甚远。人体的踝关节集缓冲、平衡、出力等功能于一身,生物领域的研究结果表明,踝关节主动出力功能的缺失会迫使穿戴被动假肢的截肢患者通过一系列的补偿运动来补偿脚跟着地时损失的动能,以达到稳定的行走速度。其结果就是截肢患者要消耗额外30%左右能量才能达到与健全人相同的步速,并且单侧截肢患者的步态也会发生畸变,严重影响其生活质量。电液直驱系统是广泛应用于航空航天领域的泵控液压伺服系统,具有高功率密度、高效率、结构紧凑等优点。本文的研究旨在利用电液直驱系统的优势和特点研制一款动力踝足假肢,能够较大程度地还原健全踝足肢体的各项功能,以满足膝下截肢患者的需求,恢复其正常的行走能力。本文从健全人体在平地行走时下肢的运动学和生物力学特性出发,根据踝关节在一个步态周期内所表现出的差异特性,以步态相位划分的方式进行分段研究。利用预采集的人体关节生物力学样本,通过ADAMS平台仿真还原了平地行走,并以此为基础探究了踝关节在人体行走过程中同身体间的交互和运动机理,提炼出踝足假肢所必须具备的功能和技术指标。本文以无刷直流伺服电机和双向齿轮泵为电液直驱动力核心,基于仿生学原理对动力踝足假肢进行了系统设计,包括但不仅限于碳纤维足弓、集成液压缸、液压阀块以及人工跟腱设计,并依托Simulink平台对系统进行了整体建模,作为仿真实验的基础。通过对人体踝关节所属肌肉、骨骼和局部神经反射的建模、本文设计了基于神经肌肉前馈模型的踝足假肢控制系统,其能够在基于有限状态机的上位控制器的调配下还原健全人体踝关节的阻抗特性,构建踝关节角度同扭矩间的映射关系。系统整体的仿真实验结果表明,所设计的动力踝足假肢系统能够极大程度地复现健全踝关节的非线性阻抗特性,实现有效的净功率输出,显著改善截肢患者的行走步态。