小腿假肢是最常见的辅助器具之一,也是小腿截肢患者恢复功能、融入社会的首选。小腿假肢接受腔的有效优化可以显著提高整个假肢的稳定性及与人体的适配性,而接受腔与残肢端交互界面上的力学特征是人机交互过程中产生的最直接、最可信、最稳定的人机交互信息。因此,本论文基于全接触式小腿假肢接受腔和残肢端接触界面的动态压力和步态特征,研究不同运动模式下的残肢端载荷量分布模式以及不同的载荷分布对步态姿态的影响,提出接受腔优化方案,并探究残肢端载荷量分布在小腿运动模式识别和预测方面的应用,最终提出一种新的小腿假肢步态识别预测方法。论文利用自行设计构建的柔性薄膜压力传感器网,实时测量了小腿假肢和残肢端接触界面间标识承载区域在平路行走、上下楼梯和上下坡五种典型运动模式下的动态压力值,同时利用九轴姿态传感器测量了残肢膝关节的姿态变化;针对不同运动模式下的残肢端压力值,分析了界面压力变化的规律,并研究不同承载区域压力值变化对小腿假肢姿态的影响;利用积分思想建立了一种能表征残肢端承载量的表达方法,通过残肢端不同点位的载荷量来表征残肢端的载荷量分布,并分析不同运动模式下残肢端在每个步态中的载荷量分布模式;论文最后利用残肢端的载荷量分布模式建立了基于变学习率动量BP神经网络的运动模式识别和预测数值模型,并通过数据训练得到了较好的结果。通过研究分析得出以下主要结论:1.志愿者小腿假肢接受腔与残肢端界面不同的承载区域在运动过程中所承受的压力变化特性不同,在五种运动模式下残肢端的胫骨内侧和残肢端后侧为主要承载区域,而胫骨外侧所受到的载荷较小,残肢端整体载荷分布不对称,且在上下坡运动模式下残肢端的承载分布不对称性表现更加突出。2.志愿者临床的实际步态姿态以及膝关节的姿态数据证实胫骨两侧承载区的压力差别较大会引起小腿假肢倾斜。胫骨后方承载区域承载量在五种运动模式中均显著高于胫骨正面承载区域的承载量,整体较符合软组织变形量和承载量成正比的承载规律。而上下坡运动模式中胫骨正面的承载量和后方的承载量均较大,说明该小腿假肢在上下坡时的运动性能有待提高。3.通过梯度下降算法和变学习率动量梯度下降算法的BP神经网络建立了利用小腿残肢端载荷量分布来识别预测运动模式的数值模型。通过仿真结果分析发现变学习率动量梯度算法神经网络数值模型能较好地识别预测对应的运动模式,证实了接受腔和残肢端界面压力分布在小腿姿态识别预测的可行性,为小腿假肢的控制机制和小腿假肢接受腔的设计和优化分析提供了新的技术路线和参考方法。