人体膝关节是经过长期进化的产物,它的结构紧凑,运动灵活,具有较好的站立稳定性和动态稳定性,能够完成多种复杂的运动,其生物结构、功能及运动特性具有高度的合理性以及科学性。人工膝关节机构设计可以归结为自然人体膝关节运动轨迹再现的设计,所设计的人工膝关节机构的瞬心线与自然人体膝关节实际的瞬心线越接近,则它们的运动越相似,其代偿效果就越理想。一个好的人工膝关节机构可以使下假肢运动灵活、步态自然,具有较好站立稳定性。根据仿生学以及新的制造成型技术设计开发一种性能较好人工膝关节仿生机构十分必要。　　本课题结合人体膝关节的生物特性以及免装配制造直接成型的方法,从仿生设计的角度出发,采用非标设计,设计了一种新型的人工膝关节仿生机构。主要特点如下:(1)采用弹性连接来进行滚动滑动仿生设计;(2)采用锥形体对股骨杆件进行仿生设计;(3)采用凸凹槽相互配合的机制来实现空间杆件运动轨迹限位;(4)采用球形件与活塞原理进行承重自锁以及空间限位来实现人工膝关节机构的限位锁止,并且同时具有缓冲减震作用;(4)设计了一种新型的人工膝关节免装配机构。(5)采用免装配直接成型的方法进行试验;(6)提出了滚动滑动比率了评价方法,并建立数学函数式;(7)建立了滚动滑动人工膝关节仿生机构的数学模型以及受力分析模型;(8)分析了新型人工膝关节仿生机构的静态稳定性、动态稳定性以及灵活性。　　研究结果表明:(1)采用弹性连接来进行滚动滑动仿生设计,该方法可以通过滚动滑动机构来实现人工膝关节仿生机构的的瞬心轨迹不连续;(2)采用锥形体对股骨杆件进行仿生设计是使机构实现稳定三维运动的有效办法之一,可通过此办法可实现人体膝关节仿生机构的运动瞬心轨迹为空间三维运动;(3)采用球形件与活塞原理进行承重自锁以及空间限位是人工膝关节机构的一种有效限位锁止方法;(4)滚动滑动比率的计算评价可以根据滚动滑动运动中工件上某个点的运动轨迹以及其滚动滑动运动轨迹组成的面积的大小来进行判定;(5)该仿生膝关节机构发生滚动滑动比率以及其运动轨迹跟弹簧的参数、胫骨杆件和股骨杆件的外轮廓参数、胫骨杆件和股骨杆件接触表面的摩擦系数及刚度系数、凸槽和凹槽的外轮廓等参数有关;(6)该膝关节仿生机构使用弹性连接及使用锥形体仿生,这种方法可使其瞬心轨迹分布在三维空间且其运动瞬心轨迹不连续。该膝关节仿生机构可具备较好的静态稳定性、动态稳定性以及灵活性。　　本课题的研究成果将为下假肢及仿生机器人设计等领域提供新的设计方法及思路。