摘要：目的综述用于构建智能假肢人机接口的靶向肌肉神经功能重建(targeted muscle reinnervation,TMR)手术,为截肢患者的残肢功能重建提供新的临床干预范式。方法广泛查阅国内外相关文献,系统性阐述智能假肢的外科需求、TMR手术方案、目标人群与预后,以及TMR的发展与未来。结果TMR手术通过重建“大脑-脊髓-外周神经-骨骼肌”的神经传导通路,增加模式识别所需的表面肌电信号,促进截肢患者对于智能假肢的直觉操控。TMR术前应根据截肢患者的残肢情况及功能需求设计个性化手术方案,不同目的的TMR手术应针对不同目标人群。结论TMR手术已被国外认证为改善假肢操控能力的变革性技术,有望成为国内200万截肢患者新的临床干预范式。

摘要：针对肢体残障患者的假肢控制问题,搭建了一种基于s EMG(表面肌电信号)的智能假肢手臂系统,实现手臂残障程度较高患者的手-肘协调控制。首先,基于肌肉协同理论,使用非负矩阵分解(NMF)方法提取肌肉协同作用,并进行手部动作识别以及肘关节的连续运动估计。其次,基于意图识别结果构建“前馈-反馈”控制框架,对受试者进行前馈监督与反馈检测;根据前馈-反馈结果调整期望的控制输入,提高假肢系统的舒适性与鲁棒性。然后,针对手部动作,构建一种自适应调整抓握力度的框架,通过力、位信息交替控制,实现不同刚度、不同形状物体的自适应抓握;对于肘部运动,设计一种基于识别结果的阻抗控制算法,实现手-肘一体化假肢的稳定的人机交互控制。最后,由6名健康受试者、1名手臂残障受试者对以上控制策略进行实验验证,对手臂整体运动实现了较为准确的意图识别,同时也完成了稳定的肘部屈伸以及手部抓取,做到了手-肘的一体化协调控制。最终该套系统在北京2022年冬残奥会实现了应用展示。

摘要：近年来,具有神经控制和感觉反馈能力的双向生机接口成为智能上肢假肢的发展趋势。目前,大部分的研究集中在上肢假肢的机构、传感器设计和神经控制等领域,而在感觉反馈方面的研究较少,缺乏合适的感觉反馈降低了智能假肢的操作性能并限制了假肢的实际应用。首先概述了智能假肢双向生机接口的现状,然后详细介绍了基于经皮神经电刺激、振动刺激、压力刺激等感觉反馈方法,以及感觉替代、模态匹配、躯体特定区匹配等感觉反馈策略,在此基础上对上肢假肢感觉反馈的自然性和交互信息的多模态等发展趋势进行了展望。

摘要：针对膝关节输入力矩为受限的阻尼力矩,步态跟随控制缺乏在线调节问题,提出用离线和在线集成的变增益一阶D型闭环迭代学习方法进行步态跟随控制。建立系统动力学模型,给出基于有限状态机的步态感知和人腿摆动相步速间接感知方法,减小跟随滞后。设计在线变步长指数增益调节算子,并针对输入力矩受限,设计离线的带惩罚因子的指数增益调节算子。利用谱半径约束条件,分析算法的收敛性。在真人比例虚拟样机模型上进行控制仿真实验,给出了固定增益和变增益调节下轨迹跟踪曲线。结果证明,提出的增益调节算子可保证输入在有效范围内,并可提高跟踪速度。

摘要：随着下肢截肢患者的增多以及微电子、控制等技术的不断发展,智能下肢假肢逐渐成为康复机器人领域的研究热点。作为下肢假肢系统的核心部件,高性能的膝关节假肢设计仍然是当前假肢设计中的主要技术难点。本文介绍国内外智能膝关节假肢的发展历程及研究现状,从结构设计的角度对现有膝关节假肢进行分类,分析当前膝关节假肢设计中存在的问题,最后探讨膝关节假肢的发展趋势。

摘要：针对目前研究的肌电假手的控制方式存在不直观、不灵活,缺乏多感知功能等缺陷,设计了一种具有模式识别和多感知功能的肌电假手的控制方法。该方法采用粒子群优化算法改进的支持向量机(PSO-SVM)构建动作分类器,实现肌电假手动作的模式识别与在线控制。利用经验模态分解法分解滑觉信号,引入模糊逻辑控制,对硬度、滑觉程度不同的物体,实现握力的自适应调节。实验结果表明:采用PSO-SVM算法在线控制肌电假手的识别率高达93.6%,同时PSO-SVM假手在抓握目标过程中能够及时可靠的完成抓握控制任务,具有较高的稳定性,实现滑觉、硬度反馈在模式识别假肢上的实际应用。

摘要：为了使主动式踝关节假肢携带者能更好地根据外部环境和步态的变化实现假肢自然行走,设计了主动式智能踝关节假肢的机械结构和控制系统,提出了主动式踝关节假肢运动轨迹的中枢模式产生器(CPG)控制策略。主动式踝关节假肢通过动力机构为人体提供了运动动力,可实现人体运动的主要功能和特性。通过Matlab/simulink仿真,有效验证了基于生物中枢模式产生器控制机制的主动式踝关节的运动控制方法,能够使主动式踝关节假肢的输出轨迹准确快速地跟踪期望轨迹。因此该主动式踝关节假肢能实现及时调节和动作,智能性增强,同时本文提出的该项技术对智能假肢的发展具有重要的实用价值。

摘要：目的:为智能大腿假肢和助行机器人进行步态规划提供设计依据。方法:利用三维步态分析系统检测了30名健康志愿者以快、中、慢三种步速行走时的步态数据,然后进行统计分析。结果:通过统计分析数据得到了步速与站立相、步幅、步长、对侧脚着地百分比,对侧脚离地百分比,足尖离地时膝关节、踝关节角度的关系。结论:步速是影响其他步态参数的重要因素之一。站立相百分比与步速负相关,步幅、步长和步速均显著性正相关。对侧脚着地百分比与步速无相关性,对侧脚离地百分比与步速负相关。足尖离地时膝关节角度与步速正相关,踝关节角度与步速显著性负相关。

摘要：为了适应不同的运动环境,设计了一款多自由度智能踝关节假肢。假肢具有球形踝关节结构,在运动过程中能实现矢状面和冠状面的自由运动,与配套控制系统共同作用,增加使用者的运动灵活性和稳定性,减少运动过程中的能量损耗,及时调整异常步态、步行速度、步幅等,辅助下肢截肢者自由行走。

摘要：根据目前康复医学工程对人们生活的重要意义,以智能假肢为研究对象,将Adams软件和Matlab/Simulink相结合搭建仿生模型,采用模糊PID控制算法对仿生手模型进行分析,减少实际假肢物理样机设计过程中不必要的物资和时间耗费,提高设计效率.仿真实验表明,虚拟仿生手具有较好的跟踪能力,能够稳定的完成相应手势动作.