面向智能假肢控制的下肢運(yùn)動狀態(tài)判斷系統(tǒng)及應(yīng)用研究.pdf

1、日趨增長的下肢截肢患者人數(shù)，使得智能假肢技術(shù)的研究工作顯得愈發(fā)緊要。對該技術(shù)的研究旨在將智能控制技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、機(jī)械設(shè)計與制造技術(shù)和康復(fù)醫(yī)學(xué)工程等技術(shù)融合，研究并開發(fā)出具有世界先進(jìn)水平的智能機(jī)電人工假肢。
　　運(yùn)動狀態(tài)判斷是智能假肢、康復(fù)機(jī)器人控制的重要基礎(chǔ)，其對患者行走的穩(wěn)定性、步態(tài)的對稱性起決定性的作用，因而對下肢運(yùn)動狀態(tài)判斷系統(tǒng)的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和社會意義?，F(xiàn)有的下肢運(yùn)動狀態(tài)判斷系統(tǒng)很多是非實時性的，

2、判斷結(jié)果可以用來作為步態(tài)分析，但是要達(dá)到應(yīng)用于控制的目的，判斷系統(tǒng)必須可以做到實時，另外，傳感器的數(shù)量嚴(yán)重影響穿戴者的舒適性，一個結(jié)構(gòu)簡單、便攜的可穿戴系統(tǒng)是下肢狀態(tài)相位判斷系統(tǒng)追求的目標(biāo)。本文針對這些問題，做了以下幾個方面的研究工作：
　　一、針對健康測試者進(jìn)行水平行走路況下的步態(tài)信息采集實驗，并對采集的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行步態(tài)分析。結(jié)合一個步態(tài)周期踝關(guān)節(jié)力矩和踝關(guān)節(jié)位置的關(guān)系曲線和膝關(guān)節(jié)角度變化曲線，提出了一種基于足底壓力信息和膝關(guān)節(jié)

3、角度信息的步態(tài)相位劃分方法，根據(jù)步態(tài)相位劃分方法提出一種實時步態(tài)相位判斷方法。
　　二、選擇合適的力傳感器以及信號采集裝置，搭建信號采集電路，實現(xiàn)足底力信息的實時采集；選擇合適的姿態(tài)角度傳感器，編寫角度實時采集程序，建立步態(tài)相位判斷實驗系統(tǒng)，設(shè)計編寫采集系統(tǒng)軟件；對三名測試者進(jìn)行步態(tài)相位判斷采集實驗，驗證該系統(tǒng)是否能夠適應(yīng)不同測試者的不同步速以及不同的步幅給出完整的步態(tài)判斷結(jié)果。
　　三、為了驗證建立的步態(tài)相位檢測系統(tǒng)能否應(yīng)

4、用在智能假肢的實際控制中，在實驗室已有的假肢膝關(guān)節(jié)樣機(jī)模型基礎(chǔ)上，搭建了假肢控制系統(tǒng)硬件平臺，編寫了控制軟件，建立假肢控制系統(tǒng)，驗證假肢膝關(guān)節(jié)能否按照步態(tài)相位判斷系統(tǒng)所得到的相位進(jìn)行跟隨運(yùn)動，并驗證當(dāng)系統(tǒng)穿戴者步速發(fā)生變化時，假肢膝關(guān)節(jié)能否適應(yīng)步速的變化。
　　本文提出了一種實時步態(tài)相位判斷方法并闡述了其實現(xiàn)形式，通過整合足底力信息和關(guān)節(jié)角度信息，以實時的形式將步態(tài)相位信息提取出來。該系統(tǒng)判斷原理簡單，減少了傳感器的使用數(shù)量，去除