踝关节假肢的机械结构设计

踝关节假肢的研究是当今假肢研究领域的关健技术之一。本文从生物力学、解剖学和生理学角度出发,分析了踝关节在行走过程中的步态运动规律、受力特点和生理功能。此外,基于仿生学原理,设计了踝关节假肢的机械结构,完成了假肢产品开发和生产的前期工作。     

手指运动姿态检测及假肢手指动作实时控制

设计了一种通过实时检测手指关节弯曲角度控制假肢手指动作的实验系统.系统主要由手指运动姿态实时检测、关节角度分析、控制与驱动电路、欠驱动机电假肢手4部分组成,假肢手包含拇指、食指、中指3个独立动作的手指;利用加速度传感器ADXL330实时检测手指运动姿态信息,由DSPTMS320F2812微处理器实时检测手指关节运动的瞬时角度变化并进行PWM脉冲编码,控制步进电机运动以驱动假肢手指关节转动.并分别对加速度传感器检测手指运动和假肢手指动作实时控制进行了实验测试;实验结果表明,系统采用的加速度传感器ADXL330能实时检测手指运动姿态,利用手指关节角度信息能有效驱动假肢手指屈伸,并通过三指配合完成抓握动作.     

2017年 世界十大科技进展新闻

1新传感器技术可实现意念操控机械假肢 一个国际团队在《自然-生物医学工程》上发表论文表示,在他们研发的传感器技术助力下,机械假肢能探测到使用者脊髓运动神经元发出的电信号,使假肢的控制更加灵活,这相当于用意念控制假肢. 有关技术有望帮助截肢人士恢复更多活动功能. 这种新传感器能让机械假肢直接探测到来自脊髓运动神经元发出的电信号,比起单纯依靠肌肉抽动来控制的方式,这样的操控可做到更精确,可完成的动作也更复杂,机械假肢的实用性随之提高.团队下一步将对这一新型机械假肢进行更大范围的临床测试,经过不断改进后,这类产品有望在未来三年进入市场.     

基于相关性分析的下肢假肢步行模式预识别方法

为了减小假肢执行器延迟以及判断程序延迟对动力型假肢协调控制带来的影响,采用步行模式预识别的方法,提前控制动力型下肢假肢的运动,以达到最佳的协调控制效果.利用假肢接受腔装配的陀螺仪传感器、加速度传感器以及安装在假肢足底的压力传感器来进行数据采集,通过分析传感器采集数据与模版数据之间的相关性信息来实现步行模式的预识别.实验结果表明利用分析多传感器数据的相关性预识别步行模式的方法是有效的,可使假肢及时调节、及时动作,增强了假肢的智能性,该技术对智能假肢的发展具有重要的实用价值.     

基于肌音信号的虚拟假肢控制

将肌音(Mechanomyography,MMG)信号作为假肢控制的生理信号源,实现了对于虚拟假肢的抓放控制。针对手部在握紧-张开动作过程中前臂肌肉声音信号,提取动作信号的7种时域特征并利用线性分类器进行分类识别,用以分辨手部动作类型,正确率为(95.63±2.55)%,并利用辨识结果产生控制信号实现对虚拟手的控制。结果表明肌音信号的动作判断具有很高的正确率,为利用肌音信号控制假肢提供了依据。     

科学奇闻60秒

<正>科技控仿生奥运会瑞士日前举办了世界首届"仿生学奥林匹克运动会",来评测科学技术能否有效帮助残疾人完成日常任务,并进一步激发相关科技的创新。与传统的奥运会不同,这场盛会不但不限制使用科技装备,反而鼓励选手"开外挂"——采用义肢、外骨骼辅助装备!要知道,传统的机械假肢使用起来非常困难,且只能做出非常简单的动作,而仿生假肢利用电子设备加强人造假肢的生物功能,截肢者可以通过自己的意志及肌肉控制仿生假肢的运动,独自过独木桥、爬楼梯、切     

主被动踝关节假肢力/位混合控制研究

为了满足小腿截肢患者的运动需求,根据踝关节在人体步态周期中的生物力学特性,结合已有的研究基础和实验条件,研制了第一代主被动混合驱动的踝关节假肢样机。通过对样机仿生运动的分析和运动模型的建立,提出了一种基于有限状态机的力/位混合伺服控制系统,采用PID和模糊PID两种控制算法对假肢运动进行Matlab仿真和角度控制实验。实验结果表明,该假肢样机可以得到类似人体运动的踝关节角度-力矩曲线,并且模糊PID算法控制输出的曲线更加符合人体特性,从而验证了样机设计的合理性和控制方案的可行性,为进一步实现样机的应用提供了依据。     

膝上假肢稳定性与运动学功能的评价

对多轴膝关节进行了分析，提出了承重稳定裕度角、全伸展位绝对瞬心距和相对瞬心距的概念，用于评价下肢假肢的稳定性和相对稳定性。通过对膝关节稳定协调区的讨论，说明了相对稳定性的概念和应用。多轴膝上假肢在摆动相能使小腿有更大的升高量，从而减小了脚在摆动相触地的可能性而具有特殊的优点。通过对这一性能的定量分析，提出了踝关节在摆动相的升高量作为评价这一性能的指标，进一步阐述膝关节功能的评估问题。该文提出的评价方法对膝上假肢设计及装配均有重要意义。     

世界科技平台

英国世界第一个具有完整功能的人造仿生假肢研发成功世界上第一个具有完整功能的人造仿生假肢新近在苏格兰研发成功,并正式上市。实验显示,这些仿生学假肢可以通过配合患者的肌肉,完全按照人的意志活动。     

基于ARM的肌电假肢手控制器

由于肌电假肢手大多基于阈值的张、合控制,并存在操作灵活性差等问题,提出一种基于ARM的肌电假肢手控制器设计方案.采用ARM核STM32处理器作为主控芯片,通过2路A/D采集手臂尺侧腕屈肌和桡侧腕屈肌的肌电信号,分别提取时域和频域上的4种特征值,并采用BP神经网络分类算法实现对5种手掌动作模式的在线实时识别.实验结果表明,该控制器对5种动作的整体在线识别率可达97%,且符合实时性要求,很好地满足了残疾人假肢手控制的需求.