主動式踝關節(jié)假肢控制系統(tǒng)設計及控制方法研究.pdf

1、智能假肢是機器人學和生物醫(yī)學工程學領域中的一個熱點課題，智能下肢假肢是補償下肢截肢者運動能力的最佳設備，目前市場上的大多數(shù)的智能假肢只側重于膝關節(jié)運動能力的補償，對踝關節(jié)運動特性的研究少之又少。傳統(tǒng)的踝關節(jié)假肢不能提供動力，只能被動地協(xié)助膝關節(jié)的活動，實現(xiàn)基本的代步功能，傳統(tǒng)踝關節(jié)假肢存在易損壞、穿戴者體感不佳等問題。除此之外，傳統(tǒng)踝關節(jié)假肢還不能很好地跟隨健肢，擺動姿態(tài)不夠自然，觀賞性欠佳。本課題致力于研究主動式踝關節(jié)智能假肢的控制方

2、法及控制系統(tǒng)，主要工作如下：
　　第一，利用VICON MX三維運動采集系統(tǒng)進行了人體步態(tài)實驗，主要分析平地行走中踝關節(jié)的角度、地面反作用力周期性變化規(guī)律，為主動式踝關節(jié)假肢的分段線性化和有限狀態(tài)機的控制方法提供了數(shù)據(jù)支撐以及理論基礎。
　　第二，重點分析踝關節(jié)的角度曲線和扭矩曲線的特征，并總結其對應規(guī)律。建立分層的控制方法。上層控制方法用最小二乘法把踝關節(jié)角度曲線分段線性化成不同的事件，同時獲得控制指標，用有限狀態(tài)機的控制

3、方法對這些事件進行劃分并建立每個事件的執(zhí)行函數(shù)，把傳感器采集信息作為觸發(fā)事件。底層控制方法是實現(xiàn)具體的執(zhí)行函數(shù)。用PID控制直流電機，并依據(jù)踝關節(jié)角度偏差、偏差變化率來制定模糊控制規(guī)律表對PID的三個參數(shù)進行微調和修訂，加入踝關節(jié)角度信號作為系統(tǒng)的負反饋，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后通過實驗驗證了分層控制方法在主動式踝關節(jié)假肢上應用的可行性。
　　第三，設計了以TMS320F2812為核心的主動踝關節(jié)智能假肢控制器。控制器硬件電路主要包