智能假肢膝踝协调控制与应用

发布时间：2017-04-16 18:24

  本文关键词：智能假肢膝踝协调控制与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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。
【关键词】：步态识别 有限状态机 膝踝协调控制器 调试系统
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.17;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究意义10
• 1.3 国内外研究概况10-13
• 1.3.1 国外发展概况10-13
• 1.3.2 国内发展概况13
• 1.4 本课题的主要研究内容13-15
• 第二章 人体下肢运动特征与步态识别15-25
• 2.1 人体下肢运动特征15-18
• 2.1.1 人体下肢运动的分析15-17
• 2.1.2 人体步态特征的选取17-18
• 2.2 步态识别18-24
• 2.2.1 传感器的选择18-20
• 2.2.2 步态识别方法研究20-24
• 2.3 小结24-25
• 第三章 膝踝协调控制方法的研究25-35
• 3.1 假肢膝踝结构25-27
• 3.1.1 假肢膝关节结构25
• 3.1.2 假肢踝关节结构25-26
• 3.1.3 工作原理26-27
• 3.2 有限状态机控制方法27-33
• 3.2.1 有限状态机基本原理27-29
• 3.2.2 有限状态机在膝踝协调控制中的应用29-31
• 3.2.3 有限状态机控制策略的实验研究31-33
• 3.3 小结33-35
• 第四章 智能假肢膝踝协调控制器的设计35-55
• 4.1 控制系统硬件设计35-46
• 4.1.1 msp430 单片机简介36-37
• 4.1.2 复位电路设计37-38
• 4.1.3 电源模块设计38-39
• 4.1.4 传感器模块设计39-41
• 4.1.5 步进电机驱动模块设计41-43
• 4.1.6 串口通信模块设计43-44
• 4.1.7 红外通信模块设计44-46
• 4.2 控制系统软件设计46-53
• 4.2.1 主程序的设计与分析46-47
• 4.2.2 中断服务程序的设计与设计47-53
• 4.3 小结53-55
• 第五章 假肢调试系统设计与临床试验55-69
• 5.1 上位机调试系统的设计55-56
• 5.2 手持遥控器调试系统的设计56-61
• 5.2.1 手持遥控器的功能设计56-58
• 5.2.2 手持遥控器的硬件设计58-60
• 5.2.3 手持遥控器的软件设计60-61
• 5.3 调试方法的研究61-64
• 5.4 临床试验64-67
• 5.4.1 实验设备简介64-65
• 5.4.2 实验分析65-67
• 5.5 小结67-69
• 第六章 结论69-71
• 6.1 论文完成的主要工作69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 攻读学位期间所获得的相关科研成果77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;智能假肢研制成功[J];广州经济;1994年05期

2 陈海荣;;新一代智能假肢[J];上海生物医学工程;2005年04期

3 赵军红;;智能假肢让每根手指活动自如[J];共产党员;2010年20期

4 杨鹏;柏健;王欣然;耿艳利;;基于有限状态机控制的智能假肢踝关节[J];中国组织工程研究;2013年09期

5 王人成;金德闻;;仿生智能假肢的研究与进展[J];中国医疗器械信息;2009年01期

6 金德闻,王人成;人工智能假肢[J];中国临床康复;2002年20期

7 杨志勇;国外最新医疗保健产品研制开发简介[J];医疗保健器具;2000年Z1期

8 ;[J];;年期

9 ;[J];;年期

10 ;[J];;年期

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 徐铮奎;战地急救需求催生四种突破性医械[N];中国医药报;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 王辉;智能假肢的控制机理及控制系统研究[D];河北工业大学;2005年

2 王锟;智能假肢膝踝协调控制与应用[D];河北工业大学;2014年

3 柏健;智能假肢膝踝协调控制系统的研究和设计[D];河北工业大学;2013年

4 郭宏博;脑电图信号识别技术在智能假肢领域中的应用研究[D];东北大学;2012年

5 石增光;基于DSP的智能假肢膝关节控制系统的研究与开发[D];河北工业大学;2007年

6 熊静;下肢姿态检测及运动状态预测算法研究[D];杭州电子科技大学;2009年

7 杨敏;基于ADAMS二次开发的智能假肢膝关节仿真设计平台的研究[D];中国地质大学（北京）;2010年

  本文关键词：智能假肢膝踝协调控制与应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：311417