面向智能假肢控制的下肢运动状态判断系统及应用研究

发布时间：2017-04-20 21:37

  本文关键词：面向智能假肢控制的下肢运动状态判断系统及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：日趋增长的下肢截肢患者人数,使得智能假肢技术的研究工作显得愈发紧要。对该技术的研究旨在将智能控制技术、微电子技术、计算机控制技术、机械设计与制造技术和康复医学工程等技术融合,研究并开发出具有世界先进水平的智能机电人工假肢。运动状态判断是智能假肢、康复机器人控制的重要基础,其对患者行走的稳定性、步态的对称性起决定性的作用,因而对下肢运动状态判断系统的研究具有重要的学术意义和社会意义。现有的下肢运动状态判断系统很多是非实时性的,判断结果可以用来作为步态分析,但是要达到应用于控制的目的,判断系统必须可以做到实时,另外,传感器的数量严重影响穿戴者的舒适性,一个结构简单、便携的可穿戴系统是下肢状态相位判断系统追求的目标。本文针对这些问题,做了以下几个方面的研究工作:一、针对健康测试者进行水平行走路况下的步态信息采集实验,并对采集的实验数据进行步态分析。结合一个步态周期踝关节力矩和踝关节位置的关系曲线和膝关节角度变化曲线,提出了一种基于足底压力信息和膝关节角度信息的步态相位划分方法,根据步态相位划分方法提出一种实时步态相位判断方法。二、选择合适的力传感器以及信号采集装置,搭建信号采集电路,实现足底力信息的实时采集;选择合适的姿态角度传感器,编写角度实时采集程序,建立步态相位判断实验系统,设计编写采集系统软件;对三名测试者进行步态相位判断采集实验,验证该系统是否能够适应不同测试者的不同步速以及不同的步幅给出完整的步态判断结果。三、为了验证建立的步态相位检测系统能否应用在智能假肢的实际控制中,在实验室已有的假肢膝关节样机模型基础上,搭建了假肢控制系统硬件平台,编写了控制软件,建立假肢控制系统,验证假肢膝关节能否按照步态相位判断系统所得到的相位进行跟随运动,并验证当系统穿戴者步速发生变化时,假肢膝关节能否适应步速的变化。本文提出了一种实时步态相位判断方法并阐述了其实现形式,通过整合足底力信息和关节角度信息,以实时的形式将步态相位信息提取出来。该系统判断原理简单,减少了传感器的使用数量,去除了繁琐的数据整合计算,实验证明了该系统能够实现不同测试者、不同步速以及不同步幅下步态相位的完整判断,并通过假肢控制实验验证了假肢膝关节能够根据该步态相位检测系统输出的相位结果进行运动并能够适应穿戴者的步速变化。
【关键词】：步态相位 相位判断 智能假肢 传感器
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.17;TP274
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究现状11-19
• 1.2.1 下肢假肢发展概述11-13
• 1.2.2 智能假肢控制方法13-15
• 1.2.3 步态分析及状态相位判断方法15-17
• 1.2.4 国内假肢技术研究现状17-19
• 1.3 研究意义19-20
• 1.4 研究内容20-22
• 第二章 面向运动相位判断的下肢状态判断方法22-33
• 2.1 人体下肢运动规律分析22-27
• 2.1.1 Motion analysis运动捕捉系统22-23
• 2.1.2 步态信息采集实验23-24
• 2.1.3 下肢运动规律分析24-27
• 2.2 下肢状态相位划分方法27-29
• 2.3 下肢状态相位判断方案29-31
• 2.3.1 站立相判断方案30
• 2.3.2 摆动相判断方案30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 下肢状态相位检测系统及假肢控制实验系统33-50
• 3.1 下肢状态相位检测系统33-41
• 3.1.1 足底力传感器模块33-35
• 3.1.2 姿态传感器角度采集模块35-36
• 3.1.3 基于MFC的串口通信编程36-38
• 3.1.4 软件采集程序设计38-41
• 3.2 假肢控制实验系统41-49
• 3.2.1 假肢膝关节模型样机42-44
• 3.2.2 实验系统硬件44-45
• 3.2.3 实验系统软件45-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 下肢状态相位检测系统及假肢控制实验研究50-63
• 4.1 下肢状态相位检测实验研究50-58
• 4.1.1 实验方案设计50-51
• 4.1.2 实验结果51-53
• 4.1.3 适应性与实时性分析53-58
• 4.2 基于状态相位检测的假肢控制实验58-62
• 4.2.1 健肢侧与假肢侧的膝关节映射关系58
• 4.2.2 假肢膝关节控制方法58-60
• 4.2.3 假肢控制实验60-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间发表或撰写的论文69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王岚;张今瑜;王劲松;;人体步态相位检测实验研究[J];传感器与微系统;2006年05期

2 王岚;王婷;王劲松;张今瑜;;人体步态规律测量分析与研究[J];哈尔滨工程大学学报;2008年06期

3 张瑞红,金德闻,张济川,王人成,马琳;不同路况下正常步态特征研究[J];清华大学学报(自然科学版);2000年08期

4 王人成,金德闻;步态分析在假肢设计中的应用[J];中国临床康复;2002年20期

5 蔡付文;王人成;李广庆;王茂斌;;低成本人体步态分析系统的研究[J];中国康复医学杂志;2008年01期

  本文关键词：面向智能假肢控制的下肢运动状态判断系统及应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：319572