面向智能假肢控制的下肢运动状态判断系统及应用研究

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1、SOOCHOWUNIVERSITY硕士专业学位论文mm论文题目面向智能假肢控制的下肢运动状态判断系统及应用研究研究生姓名周小华指导教师姓名李娟专业名称机械工程研究方向康复机器人论文提交日期2015年5月苏州大学学位i攸酬性声明本人瓶声日I:臟交孵録妓本人在导臓■下’独立进行研究工倾取働腿。酞帕经酬個關姚本论文不含其他个人鷓体B经錄顏写_■鹧，也轉为获得苏州大学或舵教额麵学錄书酿酿_料。对本文的研究作出重要贡献的个人雜体，均已在文中以明确方式标明°本人承担本声明的法律责任。论文作者签名:同丨啤__日期:-抓崎苏州大学学位论文使用授权

2、声明本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定，即：学位论文著作权归属苏州大学本学位论文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献信息情报中心、中国科学技术信息研究所（含万方数据电子出版社)、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存和汇编学位论文，•可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。涉密论文口本学位论文属在____年__月解密后适用本规定。面向智能假肢控制的下肢运动状态判断系统及应

3、用研究面向智能假肢控制的下肢运动状态判断系统及应用研究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

4、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

5、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I面向智能假肢控制的下肢运动状态判断系统及应用研究控制软件，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

6、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；传感器作者：周小华指导老师：李娟IIResearchontheLowerLimbPhas

7、eDetectionSystemandItsapplicationforIntelligentProsthesisControlResearchontheLowerLimbPhaseDetectionSystemandItsapplicationforIntelligentProsthesisControlAbstractWiththeincreasingnumberofpatientswithlowerlimbamputation,theresearchonintelligentprosthesistechnologybecom

8、esincreasinglyimportant.Thepurposeofthetechnologyistoresearchanddevelopartificialintelligentelectromechanicalprosthesiswitht