智能假肢论文

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1、深圳大学考试答题纸（以论文、报告等形式考核专用）二O一二〜二O一三学年度第一学期课程编号23220202生物医学工程概论主讲教师汪天富等学号2011200027姓名张远远专业年级临床一班教师评语:查阅文献，论述生物I矢学工程某一项新技术在临床更学应用的研究进展，并在题目：此基础上说明生物医学工程对临床医学发展的作用，列出主要参考文献（近5年）。智能假肢的研究与发展摘要：初步介绍假肢在国内外的发展史，重点引出智能假肢目前在临床应用方面的状况以及发展前景与科研瓶颈。最后通过智能假肢这一点阐述生物医学工程对

2、临床医学发展的作用。背景：全球每年因各种意外事故需截肢的患者有数百万之多，可其中仅有不到三分之一的人能在手术后有幸安装上假肢，但即使装上了假肢，还会行动不便，患者的生活还是会出现很多问题。为了让截肢者安上更舒适的假肢，更好地恢复生活质量，所以智能假肢的研究一直为科学家们所关注。正文：假肢，顾名思义，是用于截肢患者为弥补其肢体缺失和代偿其丧失功能的人工肢体。它的发展历史十分悠久。公元前43000年，首次发现用原始工具进行截肢手术。而相对应，假肢最早可追溯到一具3000年前（公元前1069/664年）古埃

3、及木乃伊上发现的人造脚趾。在人类的历史中，战争促进科技发展的原因是使一些科技必须实现，例如：战争所带來的直线增长的截肢患者数量。于是假肢应运而生，不断发展。从欧洲中世纪的骑士和爵士用盔甲遮掩伤残到17世纪用木材做假肢的接受腔，用金屈制作假肢的膝关节；再到公元169（）年，威尔杜因用铜制的骨盆，皮制的腰椎骨以及木制的假实施了胫骨假肢手术。终于19世纪初期的工业革命与文艺复兴使得假肢制造行业不再是有技巧的铁匠和木匠的活，而被人们尊称为假肢制造者。直到公元1865年，在八国联军从医时，J.E.Hangar在

4、假肢中安装了橡胶缓冲器，并发明了首个人工假肢。直至加拿大多伦多的桑尼布鲁克医院在1970年对于截肢、假肢学的命名作出了一个标准的鉴定，提出了假肢解剖学适配和动态、静态对线这两大假肢装配的基木理论，使假肢作为一门学科有了长足的进步。相对而言，我国康复工程技术起步较晚，总体上落后于国外20多年，而假肢行业（近代假肢事业起步于20世纪40年代）更是如此。日前国内假肢生产技术仅相当于20I比纪60〜80年代的国际水平，主要以机械控制为主，材料大多数采用合金钢，只有少量是以钛合金为材料的假肢。尽管冃前我国假肢事

5、业发展很快，可是据数据显示只能满足930万有配置假肢等辅助器具需求者的9.5%,尚有90.5%需求者未能如愿。由此可见，中国的假肢产量亟需增加。2000年，推出了由微机控制的智能膝关节。2000年以后，便推出智能假肢的概念。首先对假肢一个初步了解，假肢的动力来源一般上有两个，自身力源：用钢索牵动的前臂假肢,体外力源：电动、气动；其控制方式两种：机械方式、生理信号控制；用途：装饰性假肢、功能性假肢；常用材料：金属材料、工程塑料、皮革、橡胶、石膏等。而智能假肢与普通假肢相比，能够根据外界条件变化和工作要求

6、，自动调整系统参数，比普通假肢具有更好的仿生性和适应性，又名仿生智能假肢。实际上，假肢本身就是一种仿生的机械/机电产品，冠以仿生是强调其性能比目前常见假肢更接近于真实肢体，冠以智能是强调其具有主动适应外部条件变化的能力。总的來看，目前假肢仿生和智能水平都还是非常初级的。现在止在研究的智能假肢有上肢智能假肢和下肢智能假肢两大类。前者主要是有假手握物的控制功能。包括防止被握物体滑脱或适应物体形状变化的等。后者主要有膝关节摆动期力矩控制，非稳定状态时安全锁紧，以及减少脚触地时的冲击等功能。上肢智能假肢，最主

7、要的是假手一一上肢假肢末端执行器，目前市场上大量供应的假手手部只有张合一个口由度，指关节也不能活动。目前集成度最高的机器人灵巧手是德国宇航中心和哈尔滨工业大学联合开发的4个手指12个自由度的DLR/HIT灵巧手，其所有机械和电子零部件都集成在手常或手指之中，该灵巧手荣获2007年欧盟机器人技术转化一等奖。该样机体积188mmX86mmX28mm,重量500kg,与正常人手的体积和重量大体相当。多指多自由度仿生假手研究的难点在于：（1）如何将多指多自由度机电系统布置在不大于正常人手的空间内，而且重量也不

8、能超过人手的重量；⑵如何使截肢者能够简单、方便、准确地操控多个自由度，充分发挥多指多自由的作用。下肢智能假肢，最主要的是膝关节和踝足。假肢膝关节在行走过程中不仅起到支撑体重的作用，而且英性能对改善假肢使用者的步态起着决定性的作用。智能下肢假肢按照关节驱动方式可以分为外动力和无动力两大类，外动力智能下肢假肢膝关节屈伸运动是由电机等外力驱动的，冃前市场上只有POWERKNEE一种产品屈于这种类型,而II还没有大范围推广应用；无动力智能下肢假肢膝关节屈伸运动是