[发明专利]下肢假肢行走运动仿真实验的方法

说明书

本发明下肢假肢行走运动仿真实验的方法，涉及下肢假肢，步骤是：建立人体模型；建立下肢假肢模型；人体模型和下肢假肢模型的相关参数的设置；对人体模型和下肢假肢模型添加约束和驱动；建立地面模型并设置相关参数；实现下肢假肢行走运动仿真实验。本发明利用Solidworks、Adams和Matlab三个软件搭建下肢假肢行走运动仿真系统，在将下肢假肢加工成实体样机前，先对其行走运动状态和效果进行仿真实验验证，以针对下肢残疾人个体自身特殊性，设计和加工出适合的下肢假肢，克服了现有技术在下肢假肢的设计过程中，将每一个个体下肢假肢样机均加工出成品以验证其可行性和将每一种控制方法都通过实验来验证这种不可行方法的缺陷。

技术领域

本发明的技术方案涉及下肢假肢，具体地说是下肢假肢行走运动仿真实验的方法。

背景技术

众所周知，我国是世界上人口最多的国家，在如此庞大的人口基数下，残疾人的数量也十分巨大。我国政府曾先后于1987年和2006年进行了两次全国残疾人抽样调查，结果显示，肢体残疾者由1987年的755万人猛增至2006年的2412万人，而且随着近年来人口老龄化加剧，交通事故和自然灾害频发，这一数字仍在逐年增加。就目前的医疗水平而言，还没有任何技术手段可以让失去的肢体再生，因此，对于这些肢体残疾者而言，穿戴假肢是他们恢复运动能力的重要途径。随着科技的不断发展和人民生活水平的提高，传统的被动型假肢已经无法满足残疾人的需要，因此主动型下肢假肢已经成为康复领域的研究热点。主动型下肢假肢可以根据下肢残疾人自身的运动信息和外部的环境信息判断出残疾人的运动状态并做出调节，从而替代缺失的下肢肢体以完成行走运动。目前，在下肢假肢的设计过程中，将每一个个体下肢假肢样机均加工出成品以验证其可行性是不现实的，而且将每一种控制方法都通过实验来验证也是不可行的。其原因在于，无论是新设计出的下肢假肢机械结构还是新提出的下肢假肢控制方法，根据以往的经验来看，对于下肢残疾人个体自身的特殊性，其均会存在一定的不合理之处，而据此加工成的下肢假肢样机让下肢残疾人穿戴进行实验时存在一定的危险，因此由此直接加工成下肢假肢样机进行实验无疑会产生很高的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供下肢假肢行走运动仿真实验的方法，利用Solidworks、Adams和Matlab三个软件搭建了一个下肢假肢行走运动仿真系统，在将下肢假肢加工成实体样机前，先对其行走运动的状态和效果进行仿真实验验证，以针对下肢残疾人个体自身的特殊性，设计和加工出适合该下肢残疾人个体自身的下肢假肢，克服了现有技术在下肢假肢的设计过程中，将每一个个体下肢假肢样机均加工出成品以验证其可行性和将每一种控制方法都通过实验来验证这种不可行方法的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：下肢假肢行走运动仿真实验的方法，步骤如下：

第一步，建立人体模型：

首先按人体的生理学结构，将人体分为头颈、躯干、左右上臂、左右下臂、左右手、健肢侧大腿、健肢侧小腿、健肢侧足部和残肢侧大腿12个体段，在不改变各体段运动特征和外形特征的前提下，对人体各体段进行适当简化，以椭球体和圆柱体的组合来显示头颈部分，以长方体来显示躯干部分，以圆柱体来显示左右上臂和左右下臂部分，以球体来显示左右手部分，以圆柱体来显示健肢侧大腿和小腿部分，以带有倒角的长方体来显示健肢侧足部部分，以圆柱体来显示残肢侧大腿部分，在Solidworks软件中分别建立人体各体段的三维模型，具体参数由经验公式计算得到，并按照实际的人体构造将各体段模型装配起来，由此建立人体模型；

第二步，建立下肢假肢模型：

根据已知的下肢假肢样机的结构图和相关参数，在不改变其动力学特征的前提下，对假肢样机的结构进行简化，最终简化为接受腔、小腿杆、假脚、膝关节汽缸、踝关节汽缸、膝关节汽缸与小腿杆连接部、踝关节汽缸与小腿杆连接部、接受腔与小腿杆连接部和假脚与小腿杆连接部九个零部件，在Solidworks软件中建立各个零部件的实体模型并进行装配，由此建立下肢假肢模型；