本课题在国家自然科学基金《基于能量优化的外骨骼可控刚度串联弹性执行器研究》(51275170)、教育部国防科研专项经费资助计划(20108824)和教育部博士点基金(20100074110005)的资助下,开展了动力踝关节机构的设计、仿真及优化等研究工作。人体助力、助残和康复机器人是机器人技术应用的一个重要领域,通过辅助支撑的方式增强人的自然体力或者改善人的肢体功能,使得人能够更好的适应自然环境。本课题研究的动力踝关节机构装置能够为行走提供额外动力。踝关节是人体一个非常灵活的关节,如何提高动力踝关节机构的仿生性能,使其更加逼真地实现人体踝关节的行为动作特性是意义重大而又充满挑战的研究课题。在人体踝关节行走步态周期的基础上,对人体踝关节的生物机理进行分析研究,探索人体踝关节在行走过程中的动作特点及其固有生物特性。本课题分别建立了电机驱动与液压驱动的串联弹性执行器方案,采用Solidworks建立了两款串联弹性执行器三维模型并研究其工作机理。基于串联弹性执行器,建立了人体动力踝关节结构模型和传递函数模型,并在ADAMS/View中进行了刚体／柔体动力学仿真。对机构中的核心承载部件进行了有限元优化计算,基于MATLAB/Simulink对系统控制方案进行了探讨。通过人体踝关节三维结构模型的仿真优化,改善了其仿生特性,有效提高了动力踝关节机构的性能。为后续研发具有仿生特性的动力踝关节机构样机提供了技术基础。