随着老龄化进程的加剧,医疗资源不足的问题逐渐凸显,可穿戴设备能够增强人体效能并监测生理参数,在预防疾病与矫正治疗上发挥着显著作用。足部是支撑人体与实现运动的重要器官,针对足部健康的穿戴设备可以降低其损伤风险。本课题针对助力行走与足溃疡预防,研制了基于3D打印的足部穿戴设备（包括踝关节外骨骼和医疗鞋垫）。首先,本课题介绍了人体行走机理,基于耦合摆建立了单支撑相数学模型。通过试射法求解出了下肢关节的运动参数,在引入关节摩擦耗能后与自然行走数据进行对比。根据脚跟着地前后人体支撑状态的切换,推导出了碰撞过程的能量损耗,并探究了弹性储能元件对行走能耗的影响。其次,完成了足部穿戴设备的结构设计。踝关节外骨骼通过压缩弹簧储存脚跟着地时的能量,在脚跟离地时释放能量辅助人体前进。基于足部受力情况将医疗鞋垫划分为缓冲区与贴合区,两处结构刚度不同。负泊松比结构刚度较低,可提供吸能缓冲,足弓支撑结构刚度较高,贴合足弓分担一部分人体重量,并选用TPU耗材制造了鞋垫样件。然后,研发了医疗鞋垫的足底力采集系统。薄膜压力传感器被放置在足部受力特征点上,外接信号调理电路后可反映压力变化。随后设计了上位机软件以及下位机软件,通过无线传输实现电脑端对压力信息的图像显示、特征分析以及数据保存。最后,通过实验验证了足部穿戴设备的功能。采集行走过程中小腿肌肉的肌电信号,其积分值的减少表明踝关节外骨骼可以辅助相关肌肉做功。人体穿戴医疗鞋垫静止站立时,相较于穿戴平鞋垫具有一定的减压效果。人体处于动态行走时,所采集的足底压力信息特征明显周期性好,可以在此基础上识别人体步态相位。