智能假肢膝踝协调控制与应用

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:wangcongyu003
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安装智能假肢是补偿截肢者运动功能的最佳途径。目前进入市场的智能假肢大多只考虑膝关节的作用,能够实现膝关节和踝关节协调运动的假肢少之又少,且都存在步态不协调、假肢容易损坏和穿戴者能耗大等问题,因此开发具有自主知识产权的智能膝踝协调假肢产品是当前我国康复领域极其迫切的任务。本课题就是致力于研究能够实现膝踝协调运动的智能假肢控制系统,主要工作如下:首先通过认真分析正常人行走的步态特征,利用多传感器对人行走时的步态信息进行采集,并重点分析残疾人穿戴膝踝协调假肢行走时所对应的膝关节角度信号变化,最终实现了只需要在假肢膝关节上安装霍尔传感器,便可以对假肢膝关节和踝关节的协调运动进行步态识别,为接下来的控制方法研究奠定理论基础。其次简要介绍了假肢膝关节和踝关节的结构,分析了气缸工作原理;利用有限状态机的控制方法对假肢膝关节和踝关节协调运动的步态进行了划分并制定了每种步态下的控制策略,建立了不同步速下假肢膝关节和踝关节的针阀开度知识经验库。然后设计了符合假肢功能要求的膝踝协调控制器,编写了系统控制程序,并通过对霍尔传感器信号的实时采集实现了步态的识别,在不同步态产生不同阻尼,实现了步速跟随的目标,使步态更加协调、自然。接着为了实现对控制器的参数进行实时调节,设计了上位机调试系统和手持遥控器调试系统,为后续的开发者提供了便利的平台;对膝踝假肢的调试方法进行了总结,并通过临床试验验证了智能膝踝协调假肢能够基本模拟正常人的步态,实现了假肢膝关节和踝关节的协调运动。最后对本文的主要工作进行了总结,提出了创新点,并分析了设计中遇到的问题,对今后的智能假肢控制系统的工作进行了展望。
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