發(fā)布時間：2017-06-14 00:12

  本文關(guān)鍵詞：面向智能假肢控制的下肢關(guān)節(jié)運動模型研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為使膝上截肢者能夠重返社會,假肢被用來代替缺損的肢體,彌補部分運動功能。相對于傳統(tǒng)假肢的笨重、功能簡單等缺點,主動型智能假肢表現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢,不僅能夠使患者重新站立行走,而且能夠提高生活質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,各種新材料、新方法不斷涌現(xiàn),使得傳統(tǒng)假肢手工工藝技術(shù)發(fā)展成為現(xiàn)今集材料學(xué)、機械、電子、計算機、生物和醫(yī)學(xué)等多門學(xué)科于一體的交叉技術(shù)。假肢的結(jié)構(gòu)和控制方法是假肢技術(shù)的兩個重要部分。本文針對假肢控制中比較重要的運動模型預(yù)測進行研究,目的是建立一種能夠適應(yīng)不同行走速度的運動模型,并且該模型能夠根據(jù)不同的人的特點進行調(diào)整。因此本文從以下幾個方面著手研究:(1)人體下肢運動數(shù)據(jù)采集:針對正常人在平地上以不同的步速行走的情況,設(shè)計實驗采集下肢運動信息,其中收集的數(shù)據(jù)包含三個關(guān)節(jié)(髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié))的角度等運動信息以及地面反作用力;(2)建立膝關(guān)節(jié)運動模型:用兩種方法(分相位多項式擬合法和整體傅里葉級數(shù)擬合法)分別對一個步態(tài)周期內(nèi)的膝關(guān)節(jié)角度曲線進行分析,然后研究擬合函數(shù)中各個參數(shù)與步速之間的關(guān)系,從而建立步速跟隨型的膝關(guān)節(jié)運動模型,并依據(jù)此模型對假肢膝關(guān)節(jié)進行控制;(3)基于傅里葉級數(shù)膝關(guān)節(jié)運動模型實驗驗證:在膝關(guān)節(jié)假肢模型樣機實驗平臺的基礎(chǔ)上,設(shè)計傅里葉級數(shù)膝關(guān)節(jié)運動模型驗證實驗。通過收集正常人一側(cè)腳底的壓力傳感器信號,得到行走速度,繼而算出假肢樣機的膝關(guān)節(jié)運動曲線;與此同時,實驗者穿戴角度傳感器獲取下肢膝關(guān)節(jié)運動數(shù)據(jù),通過比較假肢樣機運動曲線與實驗者實際運動曲線來對上述方法建立的運動模型進行性能檢驗。通過研究分析,我們發(fā)現(xiàn)一個步態(tài)周期內(nèi)的膝關(guān)節(jié)運動曲線用傅里葉級數(shù)擬合后,其基波角頻率ω與步態(tài)周期成反比關(guān)系,其他正弦與余弦分量的幅值由于不同人行走的特點而分布不同,但有相同的趨勢,因此我們提出了一種建立膝關(guān)節(jié)運動模型的方法-參數(shù)修正法。以其中一個人的膝關(guān)節(jié)運動模型作為參照,在它的基礎(chǔ)上增加一組修正值,從而得到其他人的膝關(guān)節(jié)運動模型。經(jīng)過仿真分析,基于傅里葉級數(shù)的膝關(guān)節(jié)運動模型與實際膝關(guān)節(jié)運動數(shù)據(jù)之間的誤差在實際控制誤差允許范圍之內(nèi)。最后通過實際假肢樣機測試,參數(shù)修正法求出的膝關(guān)節(jié)運動模型可以適應(yīng)一定的速度變化,并且該方法能夠依據(jù)不同的人的特點進行參數(shù)調(diào)整以適應(yīng)不同的人。
【關(guān)鍵詞】：智能假肢 步速跟隨 傅里葉級數(shù) 參數(shù)修正法
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP273;R318.17
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題研究目的和意義10-12
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 研究背景10-11
• 1.1.3 研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 假肢膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 假肢控制方法13-15
• 1.2.3 國內(nèi)外假肢運動預(yù)測模型研究15-17
• 1.3 研究內(nèi)容17-18
• 第二章 人體運動數(shù)據(jù)采集與分析18-25
• 2.1 下肢運動數(shù)據(jù)采集18-22
• 2.1.1 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)簡介18-20
• 2.1.2 運動信息采集實驗設(shè)計20-21
• 2.1.3 實驗數(shù)據(jù)預(yù)處理21-22
• 2.2 下肢運動基本規(guī)律22-24
• 2.2.1 步態(tài)周期性與相位劃分22-23
• 2.2.2 不同步速下的膝關(guān)節(jié)運動規(guī)律23-24
• 2.3 本章小結(jié)24-25
• 第三章 膝關(guān)節(jié)運動模型建立方法25-42
• 3.1 基于步態(tài)相位的多項式擬合法25-31
• 3.2 基于步態(tài)周期的傅里葉級數(shù)擬合法31-35
• 3.2.1 擬合方法的確定31-34
• 3.2.2 基于傅里葉級數(shù)的運動模型建立34-35
• 3.3 兩種建模方法的比較35-36
• 3.4 膝關(guān)節(jié)運動模型仿真36-41
• 3.4.1 單個人膝關(guān)節(jié)運動模型36-38
• 3.4.2 其他人膝關(guān)節(jié)運動模型38-40
• 3.4.3 運動模型仿真結(jié)果與分析40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 基于運動模型的假肢控制實驗研究42-54
• 4.1 假肢膝關(guān)節(jié)機械結(jié)構(gòu)42-44
• 4.2 假肢控制硬件和軟件部分44-47
• 4.3 假肢膝關(guān)節(jié)映射控制實驗47-52
• 4.3.1 步態(tài)周期采集裝置47-49
• 4.3.2 假肢映射控制實驗49-52
• 4.4 本章小結(jié)52-54
• 第五章 結(jié)論54-56
• 參考文獻56-62
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表或撰寫的論文62-63
• 致謝63-64

【參考文獻】

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本文編號：447975