《中国组织工程研究与临床康复》杂志2011年4月发表了来自上海理工大学医疗器械与食品学院的赵改平作者的文章“主动型仿生踝关节假肢的设计”，从生物力学、解剖学和生理学角度出发，设计和研制出能在矢状面内做屈伸运动的主动型仿生踝关节假肢装置,使用正常人行走时的踝关节角度数据作为输入信号，以步进电机作为动力驱动实现模拟踝关节的运动，通过数据采集系统获得输出的角度数据,结果表明仿生踝关节能够跟随输入角度数据运动，实现了仿生踝关节跟随运动的预期目标。

△实验中的操作方法：
踝关节的生物力学分析:踝关节是既稳定又灵活的负重关节，是人体与地面接触的枢纽。由于踝关节的功能主要是背屈、跖屈与负重，因此，在踝关节机构设计以及运动设计中，必须考虑到踝关节这两种功能，既要保持其负重的稳定性，又须注意活动的灵活性。通过对踝关节图片资料及生理学分析可知，胫骨关节面弧度约为70°，距骨滑车关节面弧度为150°，因此踝关节在矢状面的活动一般为70°~80°的弧形运动，在矢状面内的运动角度变化是向下的跖屈25°~30°，向上背屈15°~20°，内外翻运动角度为随动变化的5°~10°。正常的关节运动变化限制在一定的角度范围，与韧带自身产生的拉力变化相关联，韧带在踝关节运动时起到拉力以保证踝关节稳定性的作用，并且这种力学关系是属于非线性的。人体踝关节是一种多自由度联合运动机构，对其进行一定功能简化的基础上建立踝关节的导引机构，使得仿生踝关节的运动能够逼近原有的运动规律。
踝关节的机械结构设计:稳定性机械装置：稳定性装置是踝关节在正常运动过程中，保证其在矢状面内平稳运动的同时能够在其他适量平面内也有分运动，但是变化角度都比较小，这样既可以增加关节运动的灵活性和适应性，同时也能模仿人体自身踝关节的内外侧三角韧带，当关节角度变化很大时可以及时的调整关节回到正常的稳定区域。
踝关节稳定性机械装置设计见图1a。非线性压簧及压簧卡座通过转动轴与杆端关节轴承连接，非线性压簧在压簧卡座上通过调整压簧本身的收缩度来调整角度变化的大小以及压簧回复力的大小，同时也保证了关节多自由度的灵活性。
屈伸运动功能装置：踝关节屈伸功能装置见图1b，包括踝关节轴承、与假脚相连的踝关节支座、滚动轴承、导引槽、步进电机、步进电机丝杆、套管、杆端关节轴承等。其中滚动轴承与一杆端关节轴承相连可以在踝关节支座的导引槽内移动，步进电机通过电机丝杆与杆端关节轴承另一端的套管相连通过电机丝杆的转动来实现其屈伸运动，由于定位滚子限制了丝杆上螺母的转动方向，使丝杆在转动的过程中带动下面的杆端关节轴承在导引槽的限制下带动下部的机械装置做屈伸运动，其中下部关节的运动角度变化是在一定的限制范围内，但其必须能够满足正常人体踝关节的屈伸运动的变化范围。
踝关节的控制系统设计：装置的动力源来自步进电机，选取合适的步进电机也就显得至关重要。通过采集正常人步态行走数据进行采样率的选择并对曲线进行处理，提取出基本频率信号以及角度信号，通过细分精度和力矩等参数的要求，选择了固定式海顿3500混合式直线步进电机。
踝关节的整体结构：通过对稳定性机械装置、屈伸运动功能装置、辅助装置的设计和整合，利用SOLIDWORKS制图软件完成了踝关节最终的机械结构设计。

△作者认为：
实验结果显示主动型踝关节能够较好的跟随标准曲线模拟人体踝关节的运动。主动型踝关节假肢的研究最终目的是使产品能够应用到残疾人的身上，使他们能够和正常人一样轻松自在的行走，同时也使产品生产能够批量化、个性化的供应给需要的人，并建立残肢患者的数据库系统。而针对假肢踝关节的研究，最终的产品必然要从假肢研究的灵活性、稳定性的研究方向中走出，使其能够适应各种路面、能够实现精简化、集成化，能够即时的提供患者的反馈。这就需要继续进行踝关节反馈控制的研究以及从假肢踝关节穿戴合理性、运动舒适性出发，从而来完善一整套的踝关节康复工程的研发、生产和评价系统。

△值得他人借鉴的特点：
与国内外同类研究水平比较，文章根据人体踝关节力学模型的整体构思，完成踝关节假肢机械结构和控制系统的设计，研制出能在矢状面内做跖屈和背屈运动与冠状面内做内翻和外翻运动的主动型假肢踝关节装置，其运动轨迹与人体踝关节标准曲线运动相符。