仿生腿的輔助作用對于恢復下肢截肢者的運動功能至關(guān)重要。與被動式仿生腿相比,動力仿生腿可以主動提供能量減少截肢者的消耗,并且提升截肢者運動的穩(wěn)定性。常見的控制策略會根據(jù)截肢者不同的運動狀態(tài)將其運動過程劃分為不同階段分別進行控制。在臨床推廣中,此類方法的配置工作會隨著運動任務的增加而明顯提升,并且在不同階段之間切換中存在錯誤切換的安全隱患。因此本文通過分析正常人體腿部的運動軌跡,研究統(tǒng)一步態(tài)控制方法用于動力仿生腿的運動控制,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正常的運動能力需要佩戴具有膝踝雙關(guān)節(jié)的動力仿生腿。佩戴仿生腿的截肢者的運動過程近似于正常人體的雙足運動,并且仿生腿的運動與截肢者的運動之間相互耦合。為了設(shè)計統(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力學和運動學模型,常用的建模方法將仿生腿簡化為二維模型忽略其側(cè)向運動對系統(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雜的動力學和運動學模型,分析其分段控制和耦合運動的原因。以此為仿生腿的統(tǒng)一步態(tài)控制打下堅實的理論基礎(chǔ)。2.仿生腿輔助截肢者運動時需要配合患者運動來實現(xiàn)耦合運動,并且為... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【圖文】：

大腿截肢患者

電子科技大學碩士學位論文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式[1]、半主動式[2]和動力式[3]-[5]三種類型。其中半被動式仿生腿可以通過利用彈性儲能裝置為仿生腿系統(tǒng)的膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)提供主動力矩，使其跟隨人體運動并提供能量的補償。對于截肢者的運動而言，能夠主動提供能量對于截肢者的運動而言十分重要。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的力矩進行輔助[6]，而被動式和半主動式地仿生腿都無法很好地處理能量方面地要求[6]。這一特點限制了使用者在各種運動任務中的運動能力。依靠患者殘肢帶動仿生腿的關(guān)節(jié)運動需要使用者多消耗20%-30%的能量[6]-[8]，而針對需要大力矩地運動場景，被動式的仿生腿在使用時所需的能量補償會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、電機等技術(shù)的發(fā)展，仿生腿的也在不斷更新?lián)Q代，動力型仿生腿在人機協(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動能力。與此同時，截肢患者對生活質(zhì)量的要求不斷在提升，對動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動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大的活力[10]-[12]。以患者的發(fā)展要求為引導，滿足廣大截肢患者對對仿生腿的多樣化要求，都突顯了動力仿生腿的研究所具有十分重要的社會意義和商業(yè)價值。

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)使其在運動中具有能量反饋的作用，提高使用者運動的平衡性和穩(wěn)定性，使用者可以參與各種體育運動中。而TotalKnee系列通過液壓系統(tǒng)對仿生腿擺動運動進行調(diào)節(jié)使其對步速的變換具有一定的適應性。(a)Cheetah(b)Flex-foot(c)TotalKnee2000(d)TotalKnee2100圖1-3國外部分被動式仿生腿但是被動式和半主動式的仿生腿都具有無法為使用者提供主動力矩滿足使用者運動的中能量消耗的要求。而正常人體在運動的過程中腿部的肌肉會提供主動力矩產(chǎn)生推力同時在落地時減緩沖擊。因此被動式的仿生腿會給使用者造成更多

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于肌音和CNN-SVM模型的人體膝關(guān)節(jié)運動意圖識別研究[D]. 吳海峰.中國科學技術(shù)大學 2018



本文編號：3117533