膝上假肢使用者步态对称性分析

在对膝上假肢使用者健侧和残侧的步态进行检测的基础上，对健、残侧在步态周期内的地面反力、下肢运动和时相对称性进行了对比和分析，时相对称性差是膝上截肢者步态的主要问题。指出了产生时相不对称的原因并对残侧对健侧的影响进行了探讨。由于受残侧的影响，健侧的步态与正常步态相差也很大。所得结论对改进假肢性能、假肢装配和患者的训练有重要意义。

基于小脑模型神经网络控制的步速跟随智能膝上假肢

目的:研究一种能够跟随健康腿步速控制的新型智能膝上假肢(Intelligent above knee prosthesis,IAKP)的控制机制及其实现方法。方法:首先对国内外IAKP的研究现状及控制机制进行分析,提出了一种新的利用健康腿信号控制假肢步态的方法,设计了基于小脑模型神经网络(Cerebellar model articulation controller,CMAC)控制器的微电脑膝关节系统及相应的实验装置。结果:步态跟随IAKP的控制可通过基于CMAC的PD监督控制实现步速跟随,并配合基于规则的专家控制来识别行走模式。这种控制方法具有动态记忆和快速随动控制能力,可实现假肢对健康腿步速的实时跟踪。结论:基于CMAC控制的IAKP可对健康腿步态进行快速识别与跟踪,为进一步研制健康腿步态跟随控制新型IAKP提供了理论与实验基础。

膝上假肢的智能控制方法

目前国际上已开发出了多种商品化的液压／气压智能膝关节假肢产品，包括Otto Bock的C-LEG、Blatchford的IP、SmartIP、AdaptiveKnee、Nabco公司的NI—C411、德林公司的Auto-Pilot电子膝关节和Ossur公司的Smart Magnetix Knee等．其中NI-C411和Auto—Pilot膝关节是四连杆电子膝关节。综观这些最新的微电脑控制膝关节，大部分可以通过控制液压／气压缸同时控制摆动相的速度和支撑相的稳定性，此外还可以适应不同的环境自动调整行走模式，如下坡／楼梯、绊倒、坐下等。不过这些关节的速度大多只有有限的几种，不能随意适应任意步速的变化。有些假肢关节还能模拟人体站立相的屈曲功能．如德林Auto—Pilot和Blatchford的AdaptiveKnee就可以在支撑相前期产生一定的弯曲，以缓冲腿的步行冲击。

具有路况识别功能的智能膝上假肢的研究

目的研究智能假肢具有对不同路况适应性的必要性和实现这种功能的关键技术。方法通过人体在不同路况下步行时的步态分析实验数据和所建立的下肢运动的动力学模型 ,得到膝关节力矩函数 ,在自行研制的智能膝上假肢系统中进行实验验证。提出根据大腿肌电信号特征进行路况辨识的智能假肢方法 ,并对上、下坡时部分肌肉肌电信号进行检测。结果在不同路况下 ,膝关节力矩有较大变化 ;上、下坡时部分肌肉肌电信号有明显不同。结论根据肌电信号特征进行路况辨识是可行的 ,所研究的智能假肢系统能实现对小腿运动规律和踝关节运动轨迹的控制 ,达到比较理想的结果。

基于中枢模式发生器的膝上假肢测试系统

利用Rayleigh振荡器建立了膝上假肢的髋关节上下位移量、转角和膝关节转角等变量间的数学关系模型及其构成的中枢模式发生器,分析了该中枢模式发生器中各振荡器控制参数的解算方程。提出并设计了1种由基于中枢模式发生器的系统控制器和大腿运动模拟装置组成的膝上假肢测试系统。测试结果表明,该系统能产生模拟人体髋关节上下运动、转动的运动曲线和膝关节转动的运动曲线,可在5s内达到稳定的期望振荡;具有抗扰动特性,受到扰动时能在15s内恢复稳定振荡;能够在线调节幅值和频率等控制参数。

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。

基于肌电信号的膝关节力矩识别方法

针对动力型膝上假肢力矩控制问题,提出肌电信号(EMG)驱动模型与支持向量机回归模型相结合的膝关节力矩识别方法。首先,采集表面肌电信号分析肌肉力活性,建立EMG驱动模型计算残肢膝关节力矩。然后,建立支持向量机回归模型预测动力型假肢需提供的助力,驱动电机使其实现期望运动。仿真实验结果表明:该方法能够成功地识别膝上假肢所需提供的助力,所选方法具有可行性。利用残肢肌电信号可以识别膝关节力矩,为动力型膝上假肢的力矩控制提供了理论依据。

下肢假肢稳定协调区的分析

膝上假肢在下肢假肢的研究中占有重要的地位。本文对多轴膝上假肢在站立相的稳定性及向摆动相过渡的灵活性进行了探讨，提出了相对稳定性和稳定协调区的概念。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。

微电脑控制膝关节假肢

目前世界上约有膝上假肢（above—knee prostheses，AKP）膝关节100多种。下肢AKP的步态跟随是十分关键的，这是因为关节阻尼若不改变，将使AKP不能随着健肢的步速变化而变化，会导致步态不对称，使患者能量消耗增大，从而产生极大的不舒适感。传统的简单假肢多采用机械阻尼，其大小不能调整或不能随步速自动变化．因此假肢在步态摆动相的屈曲与伸展期的膝关节转动速度与健肢产生不对称，在站立相的稳定性也主要通过承重白锁或手动锁定机构来保证。上世纪70年代开始，随着计算机技术的发展，许多学者开始探索应用微机对假肢膝关节的运动进行自动控制，

电流变液智能下肢假肢摆动相控制原理与方法

建立了膝上假肢—残端系统的动力学方程，用解逆动力学问题的方法得出实现最佳步态所需的膝关节控制力矩。为实现对膝力矩的控制，研制了应用新型智能材料—电流变液的阻尼器及相应的微型数控高压电源。通过对步行速度的测量可以启动存储于单片机中相应的力矩模式，从而实现跟踪步行速度的膝力矩自动控制。与步速相适应的膝力矩模式是通过使假肢侧学习健侧步态的学习系统获得的。实验表明这种控制方法是有效的。

一种基于联想学习的智能假腿控制机制

目的 研究一种基于联想学习的假腿人机系统的控制机制,为智能假腿提供具有自学习、自适应功能的控制方法.方法 在分析人体智能下肢假肢的一般控制方法的基础上,提出了一种以小脑模型神经网络监督控制为基层控制器的专家控制策略.结果 ①可以利用在程序中预设的输入量阈值设定6种假腿工作模式的触发规则.这些触发条件是由假腿与健康腿角度传感器、假腿脚底前后接触开关等4个传感元件组合而成;②只要为小脑模型神经网络进行20个样本训练,即可较好地跟踪健康腿步速.结论 这种控制方法具有联想学习功能,可利用基层控制器对假腿步速进行跟随健康腿控制,实现患者无需训练状况下的假腿白适应控制.