下肢截肢會給患者行動造成障礙,尤其是膝關節(jié)以上部位截肢會嚴重影響其行動能力,給其家庭和社會帶來沉重的負擔。佩戴性能優(yōu)異的假肢能極大地提高截肢患者的行動能力,提高患者的社會活動參與度。當前,由于被動假肢成本低,被動假肢是目前使用最廣泛的假肢。但是佩戴被動假肢的患者使用時往往步態(tài)不自然、行走能量消耗大,且難以實現(xiàn)在不同地形下順暢行走。智能下肢假肢通過檢測外部行走環(huán)境和識別人的運動意圖,能夠自動適應外部行走環(huán)境,使佩戴者步態(tài)更加自然,行走更加省力,從而能更好地代償缺失的行動能力。目前,動力（主動）下肢假肢是智能下肢假肢中的研究熱點,由于它具備動力輸出,能更好地代償下肢截肢者缺失的功能。但現(xiàn)有的動力型下肢假肢系統(tǒng)通常需要截肢者通過減速、停下、按壓電子開關或者做出與行走不相關的肢體動作（如夸張的臀部伸展或向前/向后搖擺假肢等）來檢測截肢者的行走模式意圖,實現(xiàn)不同步態(tài)控制策略的轉換。這種非直覺的控制方式無法實現(xiàn)假肢在不同地形之間的穩(wěn)定、順暢和自然地行走。為了彌補這一不足,下肢假肢需要在感知外部環(huán)境的同時理解人的運動意圖,控制假肢本體以合適的步態(tài)行走。這就需要解決運動意圖識別這一關鍵問題,實現(xiàn)假肢與... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院深圳先進技術研究院)廣東省

【文章頁數(shù)】：155 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

殘疾人口統(tǒng)計圖:(A)我國殘疾人口分布（2010年統(tǒng)計）；(B)我國下肢截肢人

緒論7第一階段：原始萌芽階段。這一階段主要表現(xiàn)為使用最原始的材料制作假肢，如木頭，動物皮革，動物的角、筋等。國外可考的最早的假肢可追溯到約3000年前，古埃及人使用木頭和皮革制作了一個大腳趾，這是最早的功能性假肢[30]。國內可考的最早的假肢，可追溯到2000多年前，考古學家在新疆吐魯番金盛店發(fā)現(xiàn)了使用楊木、牛角、馬蹄、牛皮等制成的假腳[31]。對于實現(xiàn)難度較大的膝上假肢，則出現(xiàn)在古羅馬時代。由于技術條件限制，這一階段的假肢功能十分原始，難以為佩戴者提供穩(wěn)定的支撐。第二階段：文藝復興時期，外觀和機械結構快速發(fā)展階段。文藝復興時期的科技和藝術使得假肢在機構和外觀上和真實的肢體具有很高的相似度。由于將鉸鏈應用于關節(jié)上，關節(jié)功能上有了很大的進步。如在被稱為“現(xiàn)代外科學之父”的AmbroiseParé的手稿中就有外觀和結構都十分精巧的假肢結構圖（圖1.2），這和現(xiàn)代假肢幾乎沒有太大差別。但這一階段，由于材料只限于金屬（銅、鐵）、木質、皮革等，在假肢接受腔以及假肢固定上存在問題，假肢質量沉重，與殘肢接觸部分不夠柔軟，容易引起殘肢損傷，無法實現(xiàn)長時間舒適佩戴。圖1.2AmbroiseParé書籍中關于下肢假肢的插圖Fig.1.2IllustrationsoflowerlimbprosthesesinAmbroiseparé"sbook第三階段：二次世界大戰(zhàn)后，新型材料的使用和結構的改進階段。這使得佩戴的舒適性和步態(tài)得到改善。主要表現(xiàn)：一是材料上碳纖維和生物材料（如硅膠）的使用。鋼結構強度高但太重，鋁合金重量輕但強度差。相比之下，碳纖維不但質量輕而且具有較好的強度和韌性，因此能制作質量小具有彈性且堅

緒論91.2.1下肢假肢關節(jié)及系統(tǒng)方面國外：以德國、英國、美國和冰島幾個國家為首，代表了當前世界最先進的商業(yè)化假肢（圖1.3）。德國Ottobock公司典型的產品C-Leg和Genium是當前使用最多的半主動下肢假肢，是世界上智能仿生假肢的里程碑產品。這兩款假肢通過內置的各種傳感器對膝關節(jié)的角度、負荷等關鍵參數(shù)進行采樣，實時監(jiān)測用戶的步態(tài)周期和行走狀態(tài)，既保證了擺動期靈活自然，有使得在支撐期安全可靠。C-Leg單軸液壓阻尼通過電機控制流量控制閥的開度，來改變膝關節(jié)彎曲和伸展的阻尼，通過有限狀態(tài)機控制方法實現(xiàn)了膝關節(jié)的彎曲和伸展，行走速度能隨著患者步行速度的變化而變化[35]。而冰島Ossur公司的PowerKnee下肢假肢則是當前世界上唯一商業(yè)化的動力型假肢，作為一種高度智能的主動膝關節(jié)假肢，它通過監(jiān)測健康腿關節(jié)運動信息和足底壓力，使得POWERKNEE能夠跟隨患者健側肢體的行走步態(tài)，并根據(jù)健側的行走速度、步幅、步頻以及不同地形自動進行實時調整[35]，使得患者佩戴后能夠自然行走，大大改善了其行走步態(tài)。圖1.3典型假肢：（A）Ottobock公司的C-Leg假肢；（B）Ossur公司的PowerKnee假肢；（C）Elite公司的Linx假肢Fig.1.3Typicalprostheses.（A）C-LegofOttobock;（B）PowerKneeofOssur;（C）LinxofElite國內：我國在智能假肢的研究開始于20世紀80年代初，起步相對較晚，但發(fā)展十分迅速。例如，清華大學的王人成、金德聞等人設計并嘗試了利用肌

【參考文獻】：
期刊論文
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