[发明专利]一种假肢膝关节控制方法

说明书

本发明公开了一种假肢膝关节控制方法，其特征在于，处理器建立假肢简化模型，根据安装在假脚上的压力传感器，采集地面支反力数据，再根据安装在假腿膝关节的角度传感器，得到膝关节转角数据；根据所述支反力数据和所述膝关节转角数据，对照步态数据库中的数据，所述处理器进行步态周期识别和运动状态识别；所述处理器根据运动状态识别，控制液压缸阻尼大小，改变假肢动作。本发明克服了气压缸支撑相时力矩不足的缺点，提出了假肢使用者在不同运动状态下的控制方法，让其能够更加自然的进行运动。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种假肢膝关节控制方法。

背景技术

根据资料显示，因为疾病、交通事故、工伤、自然灾害等因素，大腿截肢患者人数逐年增加，对患者家庭及社会造成了很大的负担，而安装假肢可以让大腿截肢患者恢复行动能力。现在市场上的假肢一般为机械式假肢，通过提供固定阻尼，用机械结构运作让人带动假肢运动，十分不便。随着电子信息技术的发展，为了让假肢使用者的运动更方便，运用控制元件来动态调整关节动态以适应穿戴者行走状态的智能假肢随之产生。

目前存在着运用霍尔传感器和气缸阻尼的假肢膝关节的控制方法，该方法首先由假肢穿带者携带信号采集盒用来确定支撑相到摆动相控制的分界位置和假肢膝关节的锁死位置安装霍尔传感器。然后通过微处理器检测步态周期来判断步行速度，通过霍尔传感器判断步态时相，通过微处理器控制气腔针阀开度调整阻尼实现阻尼随步速进行调整。最后根据控制程序，在到达分界位置时，气腔针阀按照该步行速度下对应的开度值运动，到达锁死位置时，气腔针阀保持完全关闭，使阻尼到达最大值，将假肢膝关节锁死。但运用霍尔传感器的控制方法需要首先采集使用者的步态信息再进行传感器的安装，然后再进行控制，使用起来较为不便。它所使用的阻尼器为气缸阻尼器，由于气体比较容易压缩，无法提供较高的力矩，在支撑相期间很难达到理想的效果。而且所提供的控制方法仅是在平地上不同步速的控制方法，并未考虑上下坡、上下楼梯等其他典型运动状态。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种假肢膝关节控制方法，让智能假肢识别出假肢使用者的运动状态并提供所在运动状态所需要的阻尼，进行动态调节，让假肢使用者更加自然、灵活的进行运动。

本发明提供的一种假肢膝关节控制方法，其改进之处在于，处理器建立假肢简化模型，根据安装在假脚上的压力传感器，采集地面支反力数据，再根据安装在假腿膝关节的角度传感器，得到膝关节转角数据；根据所述支反力数据和所述膝关节转角数据，对照步态数据库中的数据，所述处理器进行步态周期识别和运动状态识别；所述处理器根据运动状态识别，控制液压缸阻尼大小，改变假肢动作。

其中，安装在假脚上的压力传感器包括：

安装在假脚前脚掌中心位置的第一压力传感器和安装在假脚后脚掌中心位置的第二压力传感器；

所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均采用薄片式压电式压力传感器，将压力转为电压形式输出到所述处理器。

其中，所述处理器进行步态周期识别，将步态周期分为支撑相和摆动相，再进行运动状态识别，包括：

水平站立：膝关节转角约等于0°；前脚掌压力近似等于后脚掌压力；

上坡站立：膝关节转角约等于0°；前脚掌压力大于后脚掌压力；

下坡站立：膝关节转角约等于0°；前脚掌压力小于后脚掌压力；

站立到上坡运动：若以假肢为支撑腿，则前脚掌压力增大为原来2倍；若以健康腿为支撑腿，则假肢膝关节转角由0°增大，假脚离地后前脚掌压力和后脚掌压力为0；

站立到下坡运动：若以假肢为支撑腿，则前脚掌压力增大为原来2倍；若以健康腿为支撑腿，则假肢膝关节转角由0°增大，假脚离地后前脚掌压力和后脚掌压力为0；