假肢质心测定装置的研制

目的:测量假肢的质心参数,为假肢设计提供数据保证.方法:基于静态称重技术,利用称重传感器测量支反力,并将其测量数据传输到数据采集和处理系统,计算出假肢的质量与质心坐标.测量时,取一矩形均质长方体构件为对象测其质量和质心参数(由于质量易测,因此主要分析质心的测量),同时作为标准件来检验该装置的测量误差,其中该误差包括装置的加工误差,和传感器的测量精度误差等.结果:实验测量得到的质心绝对误差为ΔXc=–0.313 0 mm,ΔYc=–0.108 6 mm,ΔZc=–0.234 6 mm;相对误差为:Xc%= 2.65%,Yc%=3.77%,Zc%=4.82%.结论:①测试相对误差均小于工程误差允许的5%,用该装置测试的假肢质心位置是可信的.②为假肢设计者提供依据,使得假肢的质量和质心与健肢各部分大体一致.③对于像假肢这样形状复杂物体的质心测定,提升假肢设计水平具有重要意义.④该装置测量便捷、准确,精度满足使用要求,是一个兼具测试,研发双重功能的实验平台.     

基于迭代学习控制智能下肢假肢研制:实现了对健肢步速的跟随

背景:传统下肢假肢通过手动方式将气压或者液压膝关节阻尼器调整到一种比较适宜的状态,行走状态改变时膝关节阻尼不能随之改变,假肢跟随性差,步速变化范围小.智能下肢假肢能够根据人体运动信息调整膝关节阻尼力,从而达到更加接近正常步态的效果.开发国内智能下肢假肢对提高国内残疾人生活质量有着重要的现实意义.目的:研制能够实现步速跟随功能的智能下肢假肢.方法:智能下肢假肢机械部分采用带固定式气缸阻尼器的四连杆机构,由四连杆后臂下轴的转动角度得出步行速度,依照迭代学习算法得出的知识库确定该步行速度下的针阀开度,通过永磁式直线步进电机作为执行器驱动针阀来控制缓冲气缸腔室间气道有效截面积来调整假肢摆动速度.结果与结论:实验结果显示,采用电位计作为检测手段不但能够获得步行速度,而且能够区分支撑期和摆动期.在不同速度下,智能下肢假肢膝关节最大摆动角度变化小于13°.提示智能下肢假肢能够识别步行速度,并根据步行速度调整膝关节摆动速度,实现了对健肢步行速度的跟随,为进一步的研究奠定了实验基础.     

一种智能膝关节假肢及其步态对称性评价

目的 提出一种评价智能膝关节假肢步态对称性的方法。方法 设计智能膝关节假肢样机AiKneeOne以及可穿戴式步态数据采集系统。以步态周期中第一次双脚支撑时间、单脚支撑时间、第二次双脚支撑时间和摆动相时间作为参数，计算对称指数(SI)和对称指标比率RⅠ、RⅡ评估步态对称性指标。5例健康人模拟穿戴AiKneeOne，以0.5、0.7、1.1 m/s速度在平板上行走，采用可穿戴式下肢步态数据采集系统采集数据，进行实测。结果 不同速度下，第一次双脚支撑和第二次双脚支撑时，SI和RⅡ绝对值较低、RⅠ接近1，对称性较好；单脚支撑和摆动相时，对称性有待提高。结论 智能膝关节假肢AiKneeOne具备重建截肢者步态的潜力，步态对称性指标可用于智能膝关节假肢穿戴性能评估测试。     

假肢膝关节电控液压阻尼缸设计

目的:设计一种用于智能假肢膝关节关键部件的电控液压阻尼缸.方法:该阻尼缸根据液压流体特性和加工工艺设计,通过采用了一种新型微结构数字节流阀以及独特的双活塞液压缸结构,可以实现膝关节伸展与屈曲的双向自动控制,从而使改善假腿步态的对称性.最后,通过自制的专用实验装置对其进行了阻尼缸动力学性能测试.测试时通过微机控制膝关节阻尼缸中的两个气体流量调节针阀,模拟实际IPL控制时对膝关节阻尼力的控制.在模拟不同人体髋关节摆动驱动力和膝关节阻尼力的状态下,测量膝关节阻尼缸的运动速度,从而间接获得了假腿阻尼、惯性力与膝关节摆动速度之间的动力学关系.结果:阻尼缸在针阀开度增加时,在相同驱动力作用下,阻尼缸活塞运动时间减小,速度加快.但随着开度增加,运动速度对驱动力的敏感性降低.步进电机驱动相对应的针阀减小开度时,阻尼缸阻尼力增大,腿的平均摆动速度加快.结论:所设计的液压阻尼缸能够满足假肢膝关节的动力学控制要求.     

感觉的平衡维持优先策略研究北大核心CSCD

目的探讨认知双重任务对平衡功能的影响,分析平衡维持的感觉策略。方法 2015年6月至2016年6月,34例健康青年随机分为对照组(n=17)和观察组(n=17),在动态平衡仪上进行改良临床平衡测试。2周后,对照组再次进行测试,观察组在测试时加心算任务。记录站立在硬面和软垫上,睁眼、闭眼状态下的质心摆动速度和质心摆动速度综合值。结果第2次测量时,对照组闭眼软垫站立时,质心摆动速度较第1次降低(t=2.535,P<0.05);观察组睁眼软垫站立时,质心摆动速度较第1次增加(t=-2.220,P<0.05),与对照组相比明显增加(t=-3.128,P<0.01);质心摆动速度综合值对照组较第1次明显降低(t=3.007,P<0.01),观察组较第1次增加(t=-2.170,P<0.05),两组间有显著性差异(t=-2.143,P<0.05)。结论健康青年在加入认知任务后,平衡功能被干扰,特别是睁眼软垫站立时更明显;执行两种或以上任务时,感觉系统优先分配维持平衡。     

基于模糊控制的智能下肢假肢的步速调整

背景:传统下肢假肢只允许以一种速度行走,不能随步行状态的改变而改变,使得步速也固定单一,不能适应不同步速的变化,适应性较差。目的:采用模糊控制方法实现假肢的步速跟随。方法:通过脚底压力传感器采集步态周期信息,根据不同开度下周期的不同变化采用模糊控制的方法来调整针阀开度的大小,通过永磁式直线步进电机作为执行器驱动针阀来控制缓冲气缸腔室间气道有效截面积来调整假肢摆动速度。结果与结论:在步行速度变化时,假肢膝关节角度有所变化,但是角度变化不大。最大值不超过80°。假肢步态变化小于11°,截肢者能够适应不同的步行速度,假肢与健肢的步态变化基本一致,对称性指数在90%以上。实验结果表明,步态周期可以通过控制针阀达到调整步速的目的,步速调整的模糊控制方法是可行的。     

感觉的平衡维持优先策略研究

目的探讨认知双重任务对平衡功能的影响,分析平衡维持的感觉策略。方法 2015年6月至2016年6月,34例健康青年随机分为对照组(n=17)和观察组(n=17),在动态平衡仪上进行改良临床平衡测试。2周后,对照组再次进行测试,观察组在测试时加心算任务。记录站立在硬面和软垫上,睁眼、闭眼状态下的质心摆动速度和质心摆动速度综合值。结果第2次测量时,对照组闭眼软垫站立时,质心摆动速度较第1次降低(t=2.535,P0.05);观察组睁眼软垫站立时,质心摆动速度较第1次增加(t=-2.220,P0.05),与对照组相比明显增加(t=-3.128,P0.01);质心摆动速度综合值对照组较第1次明显降低(t=3.007,P0.01),观察组较第1次增加(t=-2.170,P0.05),两组间有显著性差异(t=-2.143,P0.05)。结论健康青年在加入认知任务后,平衡功能被干扰,特别是睁眼软垫站立时更明显;执行两种或以上任务时,感觉系统优先分配维持平衡。     

多轴膝关节假肢稳定性的分析

多轴膝关节假肢稳定性的分析张培玉１金德闻１白彩勤１张济川１人行走时双腿交替支撑体重，一条腿支撑运动的身体，另一条腿向前摆动，为下一次支撑身体作准备。腿支撑和摆动的期间称为站立相和摆动相。为了能接近正常人下肢的功能，膝上假肢必须满足：假肢处于站立相时...     

电动下肢假肢多路况控制策略研究

目的：电动下肢假肢具有较强的非线性和耦合性,针对假肢在不同地形间行走时存在的外部扰动问题,本文提出了积分滑模控制策略。方法：采集人体下肢在平地、上/下斜坡及上/下楼梯五种路况下的运动信息,根据足底压力信息将不同路况的一个完整步态周期划分为支撑期及摆动期两个模态,并分别进行人体下肢运动学分析;利用拉格朗日方程建立假肢支撑期与摆动期的动力学模型;在五种运动模式下,设计积分滑模控制器对假肢进行控制,并进行联合仿真验证。结果：膝踝假肢轨迹跟踪收敛速度加快,误差降低。结论：积分滑模控制器对于外部扰动具有明显的补偿作用,提高了假肢在多路况行走时的控制效果。     

微电脑控制膝关节假肢

目前世界上约有膝上假肢（above—knee prostheses，AKP）膝关节100多种。下肢AKP的步态跟随是十分关键的，这是因为关节阻尼若不改变，将使AKP不能随着健肢的步速变化而变化，会导致步态不对称，使患者能量消耗增大，从而产生极大的不舒适感。传统的简单假肢多采用机械阻尼，其大小不能调整或不能随步速自动变化．因此假肢在步态摆动相的屈曲与伸展期的膝关节转动速度与健肢产生不对称，在站立相的稳定性也主要通过承重白锁或手动锁定机构来保证。上世纪70年代开始，随着计算机技术的发展，许多学者开始探索应用微机对假肢膝关节的运动进行自动控制，