主動(dòng)式踝關(guān)節(jié)假肢控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制方法研究.pdf

1、智能假肢是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)課題，智能下肢假肢是補(bǔ)償下肢截肢者運(yùn)動(dòng)能力的最佳設(shè)備，目前市場(chǎng)上的大多數(shù)的智能假肢只側(cè)重于膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能力的補(bǔ)償，對(duì)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性的研究少之又少。傳統(tǒng)的踝關(guān)節(jié)假肢不能提供動(dòng)力，只能被動(dòng)地協(xié)助膝關(guān)節(jié)的活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基本的代步功能，傳統(tǒng)踝關(guān)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(guān)節(jié)假肢還不能很好地跟隨健肢，擺動(dòng)姿態(tài)不夠自然，觀賞性欠佳。本課題致力于研究主動(dòng)式踝關(guān)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(yùn)動(dòng)采集系統(tǒng)進(jìn)行了人體步態(tài)實(shí)驗(yàn)，主要分析平地行走中踝關(guān)節(jié)的角度、地面反作用力周期性變化規(guī)律，為主動(dòng)式踝關(guān)節(jié)假肢的分段線性化和有限狀態(tài)機(jī)的控制方法提供了數(shù)據(jù)支撐以及理論基礎(chǔ)。
　　第二，重點(diǎn)分析踝關(guān)節(jié)的角度曲線和扭矩曲線的特征，并總結(jié)其對(duì)應(yīng)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(guān)節(jié)角度曲線分段線性化成不同的事件，同時(shí)獲得控制指標(biāo)，用有限狀態(tài)機(jī)的控制

3、方法對(duì)這些事件進(jìn)行劃分并建立每個(gè)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(shí)現(xiàn)具體的執(zhí)行函數(shù)。用PID控制直流電機(jī)，并依據(jù)踝關(guān)節(jié)角度偏差、偏差變化率來制定模糊控制規(guī)律表對(duì)PID的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)和修訂，加入踝關(guān)節(jié)角度信號(hào)作為系統(tǒng)的負(fù)反饋，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分層控制方法在主動(dòng)式踝關(guān)節(jié)假肢上應(yīng)用的可行性。
　　第三，設(shè)計(jì)了以TMS320F2812為核心的主動(dòng)踝關(guān)節(jié)智能假肢控制器。控制器硬件電路主要包