發(fā)布時間：2020-03-23 02:24

【摘要】：假肢作為殘障人士重返社會的有力輔助,正在向著智能化的方向發(fā)展。假肢使用者中又有很大一部分是單側經(jīng)股截肢患者,保留有較多殘肢,但失去了膝關節(jié)。由于技術水平的限制,我國目前的下肢假肢制造水平難以滿足廣大殘障人士的需求,研究更加智能的下肢假肢對改善他們的生活狀況有重要的意義。本文基于有限狀態(tài)機的原理,針對此種類型的假肢膝關節(jié),研究了一種控制方法。本文以健康腿各關節(jié)的軌跡作為下肢假肢控制的理想目標,搭建了下肢運動數(shù)據(jù)采集平臺,使用PhaseSpace相機陣列采集了健康人體的下肢運動數(shù)據(jù),使用相關軟件編寫計算程序,處理原始數(shù)據(jù),計算出膝關節(jié)的目標角度變化規(guī)律;將人體膝關節(jié)抽象成簡化模型,求得在各種路況中可能出現(xiàn)的最大、最小力矩。假肢膝關節(jié)的控制方法有多種,本文從位置控制的角度進行研究,基于FSM數(shù)學原理,建立了假肢膝關節(jié)控制模型,在選擇兩相混合式步進電機作為動力源后,計算出一種驅動電機的標準脈沖信號及脈沖頻率變化規(guī)律。實際的下肢假肢在單個步態(tài)區(qū)間內會出現(xiàn)運行偏差,本文對該問題采用迭代學習控制(ILC)的方法,研究了單個周期的步態(tài)的調節(jié)方法,并做出了理論分析曲線�？紤]了步態(tài)區(qū)間切換的兩種不理想情況:過早/不及時,并給出了相應的對策。以足底壓力的變化規(guī)律作為步速測量的數(shù)據(jù)來源,根據(jù)區(qū)間占總周期的比例反求步速。由假肢的步速適應問題和步態(tài)周期內部調節(jié)兩個問題的研究,指出各項指標的改善并非孤立,而是具有一定的關聯(lián)性。在平地前進模式下,將計算得到的理論控制信息用于電機仿真,并采用脈寬調制方法,計算得到另一種控制信息,分別使用兩種方法對電機按位置控制,比較了仿真結果。肯定了前述研究的可靠性。在行走以外的運動模式中,建立了按照力矩控制電機的仿真模型。對本文的假肢膝關節(jié)控制方法做了總結。
【圖文】：

來源來自國家康復輔具研究中心。研究背景和意義由于各種因素造成的殘障給人們帶來極大不便，根據(jù)我國 2006 年進抽樣調查”，由于創(chuàng)傷或本身的血管類疾病等，殘疾人中又有不小的截肢者，他們希望重返社會，回歸健康生活[1]。肢者來說，裝配假肢是恢復大腿功能的唯一途徑。根據(jù)傷殘程度不同假肢有膝上假肢（Above-KneeProsthesis）、假腳、踝關節(jié)假肢等。本肢膝關節(jié)屬于膝上假肢，特點在于大腿部分有較長的殘端可以起到支的假肢僅具有簡單的支撐功能，雖然在形狀上努力接近人體，但其效行走體驗的改善十分有限。盡管如此，人們仍然孜孜不倦地探索新型的的產(chǎn)品，到了近代，假肢已經(jīng)不完全是簡單的支撐物，而是有了一些節(jié)，如圖 1-1。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文1 國外假肢膝關節(jié)研究現(xiàn)狀國際上，關于膝上假肢的研究開展得十分廣泛，以下簡要介紹英國、日本冰島、美國等的研究狀況。1986 年，日本兵庫縣的義肢研究員中川等人提出了世界上第一種可主動規(guī)律的人造膝技術思路[9]，即使用微處理器調節(jié)針閥開度，使阻尼實時假肢擺動，裝配這種膝關節(jié)的下肢假肢屬于智能型假肢。上世紀末，英國特公司（Blatchford）取得了技術許可，該公司的工程師根據(jù)中川的技術構出智能假肢 IP（Endolite’s IntelligentProsthesis），它是世界上第一款使用控制的假肢，，隨后該公司又對 IP 性能進行完善，研制出 IP+[10]。Blatchf后在膝上假肢領域研發(fā)了大量產(chǎn)品，IP 系列的最新一代稱為 SmartIP，如）、（b）所示[11]。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R496;TP273

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本文編號：2596024