2013年--外文翻譯--加速度傳感器在單側(cè)小腿截肢假肢上的應(yīng)用（節(jié)選）

1、<p>　　1250單詞，7200英文字符,2000漢字 </p><p>　　出處：Kapti A O, Muhurcu G. Wearable acceleration sensor application in unilateral trans-tibial amputation prostheses[J]. Biocybernetics & Biomedical Engineerin

2、g, 2013, 34(1):53-62.</p><p>　　Wearable acceleration sensor application in unilateral trans-tibial amputation prostheses</p><p>　　Akin Oguz Kapti *, Gulcin Muhurcu</p><p>　　Introduc

3、tion</p><p>　　Mobility of the lower extremity amputees relies very much on the prostheses. Control algorithms for robotic ankle systems in lower-limb or thoses, prostheses, and exoskeletons were reviewed in

4、[1]. And rysek provided a review for lower-limb prosthetic technologies developed in last two decades [2]. Martins et al. reviewed the state of the art in the robotic technology for mobility assistive devices developed f

5、or people with disabilities [3]. They presented the important role of the robotics in m</p><p>　　The researches in relation to the ankle joint behavior show that the ankle joint can be replaced effectively w

6、ith passive mechanical devices [4]. Many persons using transtibial prostheses with passive mechanical ankle-foot systems can walk with the gait patterns very closed to the able-bodied walkers at the slow walking speeds.

7、One of the reasons making this possible is that the ability of the amputees to compensate for shortcomings of their prostheses reduces observable differences. Nevertheles</p><p>　　In order to remove insuffic

8、ient features of passive assistive devices, researches are being maintained for developing actively controllable lower extremity orthoses [5], and pros-theses such as Belgrade leg [6], an actively controlled above-knee p

9、rosthesis [7], Series Elastic Actuator [8,9], Sparky leg by Thomas G. Sugar's laboratory at Arizona State [10,11], and active below and above knee prostheses by Michael Goldfarb's laboratory at Vanderbilt [12,13]

10、. Some trajectory control methods with ru</p><p>　　The main method for gait analysis is the tracking of a subject's movement through camera and force plate systems. These systems can provide position dat

11、a of body segments, but these systems are usually used in laboratories. An alternative method for providing gait analysis and gait posture estimation potential is to use wearable acceleration sensors placed on the segmen

12、ts of human body for monitoring walking gait. Use of the wearable acceleration sensor systems was first proposed by Morris [14].</p><p>　　Wearable sensors systems cannot provide position data, but only infor

13、mation such as the tilt angle of a body segment, compared to camera systems. Therefore, many works using wearable sensors have been limited to just comparing acceleration data or monitoring gait events. Kavanagh et al. e

14、xamined the effect of aging on the pattern and structure of head and trunk accelerations during walking [18]. They made some comparisons between the experimental results related the head and trunk acceleration m</p>

15、;<p>　　Some works investigated the use of acceleration sensors for obtaining body segment posture and orientation [21,22]. They used a combination of acceleration and gyro sensors because the acceleration sensors

16、were not suited for long-term measurements due to error accumulated according to time. The displacement of these sensors on the thigh and shank were used to estimate knee joint angles during walking. Takeda et al. propos

17、ed a novel method for measuring human gait posture using wearable accelera</p><p>　　Some other works have investigated the use of acceleration sensors for the purpose of gait pattern recognition. Gafurov and

18、 Snekkenes investigated the gait biometric as a new biometric that is better suited in some applications compared to the traditional ones, such as fingerprint, iris, face and voice, and complement them for improving secu

19、rity and usability [27]. They presented an alternative approach based on analyzing the body segments' motion signals collected by using wearable sensors, for</p><p>　　加速度傳感器在單側(cè)小腿截肢假肢上的應(yīng)用</p><p

20、>　　Akin Oguz Kapti *, Gulcin Muhurcu</p><p><b>　　1、引言</b></p><p>　　下體截肢者的移動大多依賴于假肢。本文綜述了機器踝關(guān)節(jié)系統(tǒng)在例如假肢和外部骨骼的下肢上的控制算法[1]。Andrysek回顧了最近二十年下體假肢技術(shù)的發(fā)展[2]。Martins等人回顧了為殘疾人開發(fā)的移動性輔助設(shè)備的機器人技術(shù)

21、工藝[3]。在文獻里，他們指出了機器人技術(shù)在輔助設(shè)備的移動性中的重要作用，并且尤其關(guān)注行走技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　涉及到踝關(guān)節(jié)性能的研究表明，踝關(guān)節(jié)可以被被動機械裝置有效替代[4]。許多佩戴踝足矯形器被動機械式小腿假肢的人的步態(tài)可以在慢速行走時與健全人接近。其中一個使這些成為可能的原因是，假肢彌補了截肢者的不足之處，從而減少了可觀察到的差異。盡管如此，主動控制假肢系統(tǒng)模仿腳踝在快速行走時和超越水平行走的

22、其他活動時的特征能力也是必要的。</p><p>　　為了去除被動輔助設(shè)備的功能不足，主動控制下肢矯形器[5]、例如Belgrade腿的假肢[6]、主動控制膝上假肢[7]、系列彈性致動器[8,9]、亞利桑那州立大學(xué)Thomas G. Sugar實驗室的Sparky腿[10,11]、范德堡大學(xué) Michael Goldfarb實驗室的膝上膝下主動假肢[12,13]等的開發(fā)研究得以保持。一些由傳感器信號和先前獲得的行

23、走步態(tài)數(shù)據(jù)開發(fā)的軌跡控制方法和基于規(guī)則的控制方法得以實施，主動用來控制這些假肢。另一方面，對研究人員來說非常有趣的一點是，單側(cè)下肢截肢者的擊響腿法為基于規(guī)則的控制方法的主動控制假肢的準備程序提供了一個非常有價值的數(shù)據(jù)來源。因此，本研究依賴的原則是，從擊響腿法中獲得的加速度數(shù)據(jù)可以用于對假肢的控制。</p><p>　　步態(tài)分析的主要方法是通過攝像和力板系統(tǒng)對主體的移動進行跟蹤。這些系統(tǒng)可以提供體節(jié)的位置數(shù)據(jù)，但是

24、這些系統(tǒng)通常在實驗室中使用。用于提供步態(tài)分析和步態(tài)姿勢估計潛能的替代方法是，將可穿戴式加速度傳感器放置在人體各個部位來監(jiān)控行走步態(tài)?？纱┐魇郊铀俣葌鞲衅飨到y(tǒng)的使用首先由Morris提出[14]。這些系統(tǒng)優(yōu)于基于攝像的系統(tǒng)，是因為我們可以在實驗室之外進行測量，從而監(jiān)控日常生活活動。Bouten等人用加速計和便攜式數(shù)據(jù)處理單元執(zhí)行研究以便評估日常身體活動[15]。他們報告稱，該系統(tǒng)的缺點是對久坐活動的靈敏度低和無法記錄靜態(tài)運動狀態(tài)。Buss

25、mann等人使用了一個動態(tài)加速度系統(tǒng)來量化進行了背部手術(shù)的病人的運動行為[16]。他們將傳感器安裝在病人身上，讓這些病人在房屋內(nèi)外進行大量活動，然后利用傳感器對這些活動進行連續(xù)動態(tài)記錄。他們報告稱，動態(tài)活動監(jiān)測利用基于對加速計信號長期攜帶式監(jiān)測的儀器來評估日常體育活動，該監(jiān)測可以用來獲得對患者痛苦進行治療的實際行為的洞察力。Foerster等人對利用加速計監(jiān)測姿勢和運動進行了研究[17]。他們根據(jù)一個標準方案，使用了放置于實驗室之外的受

26、試者身上的姿勢/運動傳感</p><p>　　相比于攝像系統(tǒng)，可穿戴式傳感器系統(tǒng)不能提供位置數(shù)據(jù)，只能提供體節(jié)傾斜角的信息。因此，許多使用可穿戴式傳感器的作品僅限于對加速度數(shù)據(jù)進行比較或者監(jiān)測步態(tài)變化。Kavanagh等人考察了頭部和軀干在行走時的加速度在模式和結(jié)構(gòu)上的年齡影響[18]。他們使用三軸加速計對年輕人和老人的頭部和軀干加速度測量的實驗結(jié)果做了一些比較。Jasiewicz等人實行了步態(tài)事件檢測研究，在健

27、全的和脊髓受傷的個體中有關(guān)腳趾頭和腳后跟接觸時刻的測定上，將使用微型線性加速計和角速度傳感器的情況，與使用標準壓敏腳開關(guān)的情況進行比較[19]。Lau和Tong調(diào)查了對腳殘疾者使用加速計和陀螺儀進行步態(tài)事件識別的可靠性[20]。他們將三個傳感器附著在受試者受損腿部的大腿、小腿和腳上。他們還描述了識別步態(tài)事件的閾值檢測方法。</p><p>　　有些作品通過調(diào)查加速度傳感器的使用來獲得關(guān)節(jié)的姿勢和方向[21,22]

28、。由于時間造成的誤差累積，加速度傳感器不適合長期測量，因此他們將加速計和陀螺傳感器組合起來。放置于大腿和小腿的傳感器用于估計行走時的膝關(guān)節(jié)角度。Takeda等人提出了利用可穿戴式加速度傳感器單元測定人類步態(tài)姿勢的新方法[23]。他們用穿在腹部和下肢部分的傳感器單元測量行走時的角速度和加速度。他們指出這種方法為步態(tài)診斷提供了重要的信息。在另一項研究中，他們還提出了一個可以測量關(guān)節(jié)中心三維位置的步態(tài)姿勢估計方法[24]。他們計算出健康受試者

29、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的屈伸關(guān)節(jié)角度，并與攝像機運動捕捉系統(tǒng)相比較。Lim等人設(shè)計和評估了一個包含加速計的可穿戴傳感系統(tǒng)，用來捕捉在康復(fù)中的人類手臂的姿勢[25]。Yuan和Chen介紹了一個利用慣性傳感器系統(tǒng)來跟蹤人類的速度和動態(tài)行為的方法[26]。</p><p>　　其他一些作品已經(jīng)研究了以步態(tài)模式識別為意圖的加速度傳感器的應(yīng)用。Gafurov和Snekkenes調(diào)查了作為新生物的步態(tài)生物比傳統(tǒng)生物更適用于某些應(yīng)用