[发明专利]建立下肢假肢自动训练专家知识库的方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及假肢膝关节的控制，具体地说是建立下肢假肢自动训练专家知识库的方法。

背景技术

为了适应不同身体状况的截肢者穿带假肢，需要根据不同的假肢穿戴者的实际情况来确定假肢膝关节的控制量。

现有假肢膝关节产品大多采用穿着假肢膝关节的截肢者的体验感受来调整不同步行条件下的假肢膝关节的控制量。这种做法存在以下弊端：

首先，截肢者在截肢手术康复后，需要一段时间来适应截肢后穿着假肢膝关节的步行状态，若立即安装智能下肢假肢进行控制参数的确定，其穿着感受难以作为确定假肢膝关节控制量的依据，同时还需要穿带者在不同步行条件下的穿着感受来确定不同步行条件下对应的假肢膝关节的控制量，这个过程一般需要专业人员辅助完成，费时费力。

其次，单纯依靠假肢穿带者的感受来对假肢膝关节的控制量进行调整存在主观因素的影响，由于身体条件和下肢康复训练程度的差异，下肢假肢穿带者习惯或者愿意采用的步行方式不一定是最合适的行走方式，单纯依靠其感受选择步行方式有可能形成不良的步行习惯，长期来看不利于穿带者的身体恢复。

再次，穿带者的感受可能受到其它因素的影响，身体被动适应这些因素，有可能形成不良步态。例如，由于大腿接受腔安装不合适，在一些假肢穿带者穿着假肢经验不足未能及时发现的情况下，他们会调整自己的步行方式来缓解接受腔安装造成的不舒适感，形成适应性步行习惯。这种步行习惯不但不能够加快身体康复，反而容易掩盖接受腔安装不合适的问题，对下肢假肢的正确调整起到阻碍作用。

最后，受到文化程度不高、穿着假肢经验不足和人体感觉阈限制约等因素的影响，下肢假肢穿带者穿着感受的描述可能会不够具体准确，难以将步行感受的细微变化描述出来，对不同步行状态的区分度不够。正常行走过程中，步行速度变化是连续的，但是人类的感觉很难对速度进行严格区分。例如，大多数假肢穿带者都可以把自己的步行速度分为快速、中速、慢速，同时将下肢假肢控制参数设置到适应这三个速度的数值。在很多情况下，下肢假肢的控制量的区分度要远远大于这三个数值，超过人类对步行速度区分度。所以，在很多情况下，假肢穿带者无法按照自己的感受调整下肢假肢使之发挥完全的功能。

现有建立用于假肢膝关节控制的专家知识库只是提到了临界值的使用，但是没有涉及临界值的选取依据和方法。CN92112993.9公开的“在膝上假肢中控制人造膝关节动作的系统”和CN200780016492.1公开的“具有可调阻尼的被动膝关节的控制”虽然存在使用临界值作为控制量的描述，但是，没有涉及如何自动获取控制用的临界值。CN200610118009.8披露的“跟随健康腿步速控制的智能膝上假肢系统”，包括假肢体，电控液压膝关节，健康腿步态在线检测机构，步态数据传送系统，计算机控制系统，所用的方法和设备都很复杂，同时没有涉及使假肢跟随假肢的控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供建立下肢假肢自动训练专家知识库的方法，使用便携式采集系统，采集假肢和健肢的足底压力信号，采用迭代学习的方法来寻找步态对称性最好的假肢膝关节控制量，并根据当前的步行速度将该控制量放入存储器中作为知识库的一个条目，克服了现有技术所用的方法和设备都很复杂的缺点。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：建立下肢假肢自动训练专家知识库的方法，具体步骤如下：

A.所用硬件及其安装

所用硬件包括假肢膝关节、接受腔、足底压力传感器、控制装置和控制电路；所述假肢膝关节是能够通过非人工方式调整弯曲和伸展阻尼的气压下肢假肢膝关节，被安装在大腿截肢者所穿带的上述接受腔下部；所述控制装置由气缸、活塞、气体通道、针阀和直线步进电机构成，活塞安装在气缸中，并将气缸分成两个腔室，两个腔室通过气体通道相连通，气体通道位于气缸外部，直线步进电机安装在气缸下部，针阀安装在直线步进电机进给螺杆的顶端，控制装置中的气缸被固定在小腿假肢后方；所述控制电路中含有单片机，控制电路被安装固定在下肢假肢上；足底压力传感器分别安装在健肢足底和假肢足底，并通过导线与控制电路连接；足底压力传感器、控制电路和直线步进电机之间用导线连接；

B.受试者测试

在建立上述A步骤之后，让受试者正常行走，在行走过程中，首先检测步行速度，然后确定当前步行速度下膝关节离地角度值，当膝关节角度达到膝关节离地角度时，即认为到达摆动期，上述控制装置中的针阀按照该步行速度下对应的开度值运动，当膝关节完全伸展后即认为进入支撑期，该针阀保持完全关闭，使阻尼达到最大值，提高支撑期稳定性；

C.足底压力信号的采集