仿生腿的輔助作用對于恢復(fù)下肢截肢者的運(yùn)動(dòng)功能至關(guān)重要。與被動(dòng)式仿生腿相比,動(dòng)力仿生腿可以主動(dòng)提供能量減少截肢者的消耗,并且提升截肢者運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。常見的控制策略會(huì)根據(jù)截肢者不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將其運(yùn)動(dòng)過程劃分為不同階段分別進(jìn)行控制。在臨床推廣中,此類方法的配置工作會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)任務(wù)的增加而明顯提升,并且在不同階段之間切換中存在錯(cuò)誤切換的安全隱患。因此本文通過分析正常人體腿部的運(yùn)動(dòng)軌跡,研究統(tǒng)一步態(tài)控制方法用于動(dòng)力仿生腿的運(yùn)動(dòng)控制,主要研究工作如下:1.由于疾病事故而造成的大腿截肢的截肢者為了恢復(fù)正常的運(yùn)動(dòng)能力需要佩戴具有膝踝雙關(guān)節(jié)的動(dòng)力仿生腿。佩戴仿生腿的截肢者的運(yùn)動(dòng)過程近似于正常人體的雙足運(yùn)動(dòng),并且仿生腿的運(yùn)動(dòng)與截肢者的運(yùn)動(dòng)之間相互耦合。為了設(shè)計(jì)統(tǒng)一的步態(tài)控制策略,需要建立并分析仿生腿在使用過程中的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,常用的建模方法將仿生腿簡化為二維模型忽略其側(cè)向運(yùn)動(dòng)對系統(tǒng)的影響。因此,本文通過建立分析三維空間中仿生腿模型研究其復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,分析其分段控制和耦合運(yùn)動(dòng)的原因。以此為仿生腿的統(tǒng)一步態(tài)控制打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。2.仿生腿輔助截肢者運(yùn)動(dòng)時(shí)需要配合患者運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)耦合運(yùn)動(dòng),并且為... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

大腿截肢患者

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2全體國民的獲得感。對于截肢者而言，仿生腿對恢復(fù)正常的站立和行走能力是十分必要的。目前市場上的仿生腿根據(jù)用戶截肢部位的不同可以分為用于大腿處截肢患者的大腿仿生腿，和用于小腿處截肢患者的小腿仿生腿，如圖1-2。兩者主要的區(qū)別在于仿生腿系統(tǒng)中的關(guān)節(jié)數(shù)量。圖1-2大腿仿生腿和小腿仿生腿而根據(jù)能否提供能量，仿生腿又可以分為被動(dòng)式[1]、半主動(dòng)式[2]和動(dòng)力式[3]-[5]三種類型。其中半被動(dòng)式仿生腿可以通過利用彈性儲(chǔ)能裝置為仿生腿系統(tǒng)的膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)提供主動(dòng)力矩，使其跟隨人體運(yùn)動(dòng)并提供能量的補(bǔ)償。對于截肢者的運(yùn)動(dòng)而言，能夠主動(dòng)提供能量對于截肢者的運(yùn)動(dòng)而言十分重要。而截肢者的生活場景中有許多場景要求仿生腿可以提供主動(dòng)的力矩進(jìn)行輔助[6]，而被動(dòng)式和半主動(dòng)式地仿生腿都無法很好地處理能量方面地要求[6]。這一特點(diǎn)限制了使用者在各種運(yùn)動(dòng)任務(wù)中的運(yùn)動(dòng)能力。依靠患者殘肢帶動(dòng)仿生腿的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)需要使用者多消耗20%-30%的能量[6]-[8]，而針對需要大力矩地運(yùn)動(dòng)場景，被動(dòng)式的仿生腿在使用時(shí)所需的能量補(bǔ)償會(huì)使患者在日常使用中引起各關(guān)節(jié)的不適和背部疼痛[9]。而隨著傳感器、電機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，仿生腿的也在不斷更新?lián)Q代，動(dòng)力型仿生腿在人機(jī)協(xié)調(diào)、能力消耗等方面均表現(xiàn)出良好的性能，大大提升使用者的運(yùn)動(dòng)能力。與此同時(shí)，截肢患者對生活質(zhì)量的要求不斷在提升，對動(dòng)力仿生腿的要求也不僅僅是簡單的平地行走，克服生活中常見的運(yùn)動(dòng)場景對仿生腿提出的挑戰(zhàn)和穩(wěn)定性能要求的提升都為相關(guān)方面的研究提供了廣闊的市場和強(qiáng)大的活力[10]-[12]。以患者的發(fā)展要求為引導(dǎo)，滿足廣大截肢患者對對仿生腿的多樣化要求，都突顯了動(dòng)力仿生腿的研究所具有十分重要的社會(huì)意義和商業(yè)價(jià)值。

第一章緒論31.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題1.2.1國外研究現(xiàn)狀目前，在國外市面上常見的仿生腿中具有代表性的產(chǎn)品是冰島的OSSUR公司所設(shè)計(jì)的Cheetah系列、Flex-foot系列和TotalKnee系列等系列產(chǎn)品，如圖1-3。Cheetah系列的仿生腿通過模仿獵豹的足部結(jié)構(gòu)使其在運(yùn)動(dòng)中具有能量反饋的作用，提高使用者運(yùn)動(dòng)的平衡性和穩(wěn)定性，使用者可以參與各種體育運(yùn)動(dòng)中。而TotalKnee系列通過液壓系統(tǒng)對仿生腿擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)使其對步速的變換具有一定的適應(yīng)性。(a)Cheetah(b)Flex-foot(c)TotalKnee2000(d)TotalKnee2100圖1-3國外部分被動(dòng)式仿生腿但是被動(dòng)式和半主動(dòng)式的仿生腿都具有無法為使用者提供主動(dòng)力矩滿足使用者運(yùn)動(dòng)的中能量消耗的要求。而正常人體在運(yùn)動(dòng)的過程中腿部的肌肉會(huì)提供主動(dòng)力矩產(chǎn)生推力同時(shí)在落地時(shí)減緩沖擊。因此被動(dòng)式的仿生腿會(huì)給使用者造成更多

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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