《面向智慧型假肢的生物機電系統建模與控制方法》是依託蘇州大學，由張峰峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向智慧型假肢的生物機電系統建模與控制方法
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張峰峰
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，醫、工學科的結合為下肢殘疾患者的肢體功能補償開闢了新的技術途徑。通過肌電信號控制智慧型假肢，可以解決傳統假肢控制的不自然、易疲勞等問題。本課題將研究智慧型假肢機器人的生物-機電系統建模、多通道表面肌電信號-下肢運動模式建模、表面肌電、下肢關節生物力學建模等關鍵技術，完善助殘康復機器人的生物-機電系統分析及建模理論，建立多通道表面肌電信號-下肢關節生物力學模型，從而建立多通道表面肌電-上肢多關節複合運動模式間的非線性映射模型。本研究將為助殘康復機器人系統的設計和套用提供理論和技術支撐，具有重要的現實意義。
結題摘要
通過多信道採集人體行走過程中下肢股直肌、股二頭肌、腓腸肌、脛前肌處的表面肌電信號；通過動作捕獲系統獲取了下肢運動過程中關節角度變化、力矩、關節功率以及足底力的大小，通過數據之間的關係判斷得到假肢膝關節的步態相位和具體運動位置，並由此獲得下肢步態周期規律。利用肌電信號分析相關肌肉活動情況，對起立、行走和上下樓梯等最常見的日常下肢動作進行對照分析，得到不同的下肢動作模式對應不同的肌肉興奮時間和興奮程度的對應關係。分別使用時域、頻域、功率譜比值法及根據小波變換的多分辨分析思想，利用離散小波變換對原始肌電信號進行多尺度分解，獲得相應肌電信號特徵量；從BP神經網路、Elman神經網路入手，對表面肌電信號進行模式識別。提出了基於小波變換的三種特徵值融合的方法，解決了單一特徵值表征能力較差的問題。通過分析人體腿部的解剖結構，根據人體腿部形態學模型的重建流程，分別對CT 圖像的預處理、人體腿部三維形態學模型的重建方法及模型的簡化算法進行了相應研究。從人體步態試驗得到的膝關節角度實驗數據入手，通過曲線擬合，建立了膝關節的運動數學模型，得到了下肢膝關節的運動函式曲線，由此可以通過下肢步態相位判斷方法獲得下肢的步態相位，實現假肢膝關節的控制。最後設計了假肢膝關節的模型樣機，搭建了實驗系統，通過人體步態採集實驗對假肢膝關節的機械結構、步態識別、步態規劃和控制方法進行了充分的實驗分析研究。
