智能假腿膝關(guān)節(jié)阻尼缸運動性能測試

阻尼缸是智能假腿控制的關(guān)鍵部件之一，通過微處理器對阻尼缸的控制可以自動調(diào)節(jié)
假腿的步態(tài)對稱性，其動態(tài)工作特性對假腿性能具有重要影響。文章介紹了一種用于對這種阻尼缸進(jìn)行運動性能測試的裝置，該裝置通過一個主動氣缸推動被測阻尼缸進(jìn)行運動工作模擬，以單片機(jī)AT89C52 作為控制單元，對自行研制的一種雙向電控氣壓缸進(jìn)行了測試。
關(guān)鍵字：假腿；單片機(jī)；運動性能；阻尼缸
智能假腿是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域中一個非常重要的研究課題。自20世紀(jì)90年
代初起，英國和日本率先將微電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)融合在一起，相繼研制出了智能型的假腿并已大量投入臨床應(yīng)用，典型產(chǎn)品有IP，IP+和NI-C111 [1]等。
假腿的氣壓阻尼缸是基于活塞隨膝的屈曲和伸展在氣缸里的來回移動,推動氣體通過節(jié)
流針閥形成阻尼力，產(chǎn)生對膝關(guān)節(jié)運動的控制作用。調(diào)整節(jié)流針閥的流量大小, 即可調(diào)整膝關(guān)節(jié)的擺動速度,通常在伸展和彎曲兩個方向均設(shè)有節(jié)流閥, 可分別調(diào)整伸展和屈曲的運動速度,以適應(yīng)不同截肢者的行走要求。又由于空氣具有可壓縮性, 其流速也會隨壓力增大而加大, 因此當(dāng)步行速度加快時, 氣壓控制裝置具有一定的跟隨特性[2]。
在智能假腿的設(shè)計中，如何測定假腿的擺動速度是關(guān)鍵問題。本裝置通過傳動氣缸和阻
尼缸組成了假腿動力模型。傳動氣缸提供動力以模擬小腿對阻尼缸的慣性力，阻尼缸模擬假腿的膝關(guān)節(jié)阻尼部分，阻尼缸中設(shè)有兩個氣體流量控制針閥，調(diào)節(jié)針閥就可以改變阻尼缸內(nèi)氣體阻尼力的大小。測定速度的方法是通過加載在假腿兩側(cè)的傳感器來感應(yīng)阻尼缸的移動，然后將傳感器的感應(yīng)信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的接受端。單片機(jī)完成阻尼缸運動時的速度測量，并將測得的結(jié)果顯示在4 位數(shù)碼管上。單片機(jī)系統(tǒng)還要控制針閥的移動。通過實驗可以在速度和氣壓之間建立一種對應(yīng)的關(guān)系，總結(jié)這個對應(yīng)關(guān)系，就可以得到假腿氣壓缸的運動規(guī)律。
最后調(diào)節(jié)阻尼缸針閥來改變智能假腿的運動速度，使假腿的運動規(guī)律逼近正常人行走的步態(tài)，從而改善假腿的運動性能。