• 下肢义肢

一、研究背景及意义

      1、义肢需求量大

       据中国残联网站公布的最新数据显示,2010年中国肢体残疾人数达2472万人。随着我国人口老龄化问题日趋严峻,肢体残疾人数不断上升。为满足如此庞大的肢体残疾人群日常生活的需求,

仿生程度高的义肢的研究具有广阔的前景。

      2、传统下肢存在缺陷

(1)传统带锁膝关节的大腿假肢存在膝关节强直的问题,导致的问题包括穿戴者步态的不自然、速度切换范围有限以及爬楼梯极其吃力且无法完成交替式爬楼梯。部分气、液压产品对膝关节结构作出了改进,但速度切换范围仍然有限,且无法完成交替式爬楼梯。

2)传统下肢义肢的活动关节只局限于被动的膝关节,而踝关节的屈伸和侧展两个自由度对于人体重心的调整具有重要的影响,这直接影响到穿戴者的身体平衡。

3)传统的纯机械被动义肢与人体只局限于纯机械式的结合,而没有考虑神经信号的作用,导致人体意图不能在义肢上得到很好的体现。


二、简介

       研制的智能下肢义肢完全由我们实验室团队自主设计,其设计原型如下图所示,它包含了人体大腿以下的膝关节和踝关节,共有三个自由度,包括:膝关节屈伸、踝关节屈伸和踝关节侧展。整个义肢的组成结构包括:一个残肢接受腔、三个直流无刷电机组合、三个伺服驱动器、一个碳纤脚板以及传动和支撑部件。

三、流程过程

       义肢的运动控制结构及运动控制流程如下图所示,根据穿戴者所处的地形环境,穿戴者做出与地形相应的起步动作。起步瞬间肌电仪采集穿戴者的肌电信号,系统判断目前穿戴者所处的地形环境,相应地选择控制器参数,以跟踪相应的步行轨迹。肌电仪对健侧进行运动捕捉,提取健侧的关节角度,作为患侧的期望运动轨迹。控制器采用最成熟传统的PD控制器,以保证系统的稳定性。


四、研制系统