假肢
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2005 年的“智能下肢假肢肌电信号识别与控 制机理研究”。
2011 年的“动力型下肢假肢运动状态识别与 协调控制方法研究”。
2012 年的“适应复杂环境的主动型假肢建模 与平稳控制机理研究”。
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
完成了智能气压膝关节和可实现踝关节协调 控制的智能踝关节原型样机的设计。
国外发展状况 1986 年日本的中川昭夫等人首次提出利用微处理器调节气压假肢膝关节的针阀， 实现摆动相的控制的智能型假肢膝关节构想。 1990 年，英国布莱切福特公司研制出世界上第一款微处理器控制的智能假肢IP （Intelligent Prosthesis），并在对IP 性能进行完善后研制出IP+ ，其后日本 Nabco 公司也推出了NI-CIII 型智能假肢． 2006 年德国Otto Bock公司发明了世界上首例应用“人工智能”，研发了CLeg智能仿生腿，利用膝角度传感器和踝关节力矩传感器判断假肢摆动的速度 和位置，调节液压缸阻尼变化保证行走过程中的稳定和安全。 2009 年Ossur 公司研制出世界上第一款主动型人工智能假肢POWER KNEE， 配备转矩和加速感应器随时感应地面的状况，控制致动器在行走、上下楼、弯 腰、跃立时，有效抬举、刺激使用者的肌肉来主动提升和刺激残肢与假肢同步 活动，满足楼梯、斜坡和平地行走多种路况变化．
双足机器人四连杆仿生膝关节的研究—王斌锐
双足机器人的四连杆仿生关节特点: (1)多连杆机构,具有转动多轴性特点;在相同膝关节弯
曲角度下,脚离地高度更大;动力学特性接近人腿膝关节。 (2)关节运动控制采用智能MR阻尼器,具有一定的柔性,
抗冲击;阻尼器比电机节省能源。 (3)ICR的变化可引起地面反力对关节作用的不同;当地
东北大学的徐心和教授等人研究磁流变液智能假腿, 通过步态感知系统得到假 肢摆动相的各种信息及理想步态，通过阻尼力矩调节实现摆动相膝力矩的自 动控制．
台湾德林假肢有限公司生产的IC智能膝，可通过穿戴者手持的遥控器，在行 走过程中调节液压缸针阀开度控制假肢步速跟随．
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
利用角度传感器、压力传感器、和霍尔传感 器判断穿戴者行走步速，调节气压缸阻尼， 实现与健肢的协调运动。
下肢助行机构设计及仿真研究——宋森
下肢外骨骼机器人主要包括机械部分设计和控制部 分设计两大方面。这两方面都面临一系列的共同 关键技术亟待解决。
1.机械结构的拟人化设计。 2.下肢外骨骼和穿戴者的协同问题。 3.驱动器和驱动系统的选择。 4.样机材料的选择。
目前国内外各型智能假肢研究中的存在的 主要问题是根据系统的传感器及相关的数 据处理无法识别假肢穿戴者的运动意图， 人-假肢-环境三者之间不能进行有效的信息 交互与协调控制，也就难以实现在多种路 况、不同步速、不同行走阶段情况下的理 想控制效果。
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
河北工业大学智能康复辅具研究中心在智能下肢假肢研究方面做了卓有 成效的工作
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
国内发展状况 （我国在智能膝上假肢的研究开始于20 世纪80 年代初 ）
清华大学的金德闻等人设计并尝试了利用肌电信号识别路况的多连杆智能膝 上假肢。
上海理工大学的喻洪流教授等人设计了基于小脑模型神经网络控制器的智能 膝上假肢，在健肢上安装便携式检测机构得到膝关节角度控制假肢步态．
中南大学的谭冠政教授等人研制出了智能仿生人工腿CIP-I Leg，设计出一种 基于非线性PID控制的人工腿位置伺服控制系统，利用霍尔传感器判断步速调 节电机轴来调节针阀位置达到调节气压缸阻尼来适应步速改变．
北京大学王启宁等人设计出基于动态行走机理的“机器人假肢”，利用脚底 压力传感器系统，探测健康腿每次抬脚、着地、摆动、弯曲的行走状态，控 制假肢的走路状态．
人体下肢假肢
肖连智
◆根据实现膝关节力矩的方法分为3种类型：
被动型膝上假肢 半主动型膝上假肢 动力驱动型膝上假肢（研究重点）
人体下肢假肢发展概述—— 张更林
假肢膝关节的控制技术 1.简单机械装置 （单轴，二连杆） 2.连杆机构 （四连杆、五连杆、六连杆） 3.气压控制装置 （刚性相对差，低速行走时效机智能化控制装置 （采用微处理器对假
肢进行智能控制，非常有发展前景）
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
被动式和半主动式假肢不能提供助力，已经不能满足下肢残疾人的需求。 主动型假肢能在复杂路况下更好的实现假肢运动的功能性和协调性。
四杆机构膝关节控制力矩分析——杨建坤
在计算膝关节需要控制力矩时,不可忽略小腿和 足的惯性力。为了得到小腿和足的惯性力矩和 总质心G 的惯性力,首先对四杆机构进行运动学 分析。
控制力矩计算是实现对膝关节进行智能控制的 第一步。在曲线上选取多个控制点后,通过文中 设计的力矩控制装置,可望实现对膝关节力矩的 多点控制。这些工作为进一步实现膝关节的智 能控制打下了基础。
面反力作用线位于ICR前方时,关节可实现自稳定支撑。 (4)成本比电机减速器方案低,能源消耗小。
基于混合驱动仿生膝关节机构设计—吴成杰
基于混合驱动仿生膝关节机构设计—吴成杰
基于混合驱动的仿生膝关节与传统的机械式假肢或被 动式假肢相比，较好地解决了主动式驱动的高耗能、 高刚性、高惯性和被动式驱动的机动性、可控性差， 及驱动受限等缺陷． 采用 4 连杆多轴闭链的机构形式 可以使智能假肢获得更拟人的步态和更好的稳定性和 越障能力． 但由于人体是由非常不规则的骨骼和具有 很好韧性的肌肉和韧带组成的复杂生物机构，完全模 拟人腿骨骼和关节十分困难． 目前被动智能膝关节技 术已经成熟，有产品面世，但是因为其驱动力不足很 难实现完美的步行． 融合了主动与被动优点的混合驱 动方式在智能假肢应用领域具有极大的潜力．
2011 年的“动力型下肢假肢运动状态识别与 协调控制方法研究”。
2012 年的“适应复杂环境的主动型假肢建模 与平稳控制机理研究”。
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
完成了智能气压膝关节和可实现踝关节协调 控制的智能踝关节原型样机的设计。
国外发展状况 1986 年日本的中川昭夫等人首次提出利用微处理器调节气压假肢膝关节的针阀， 实现摆动相的控制的智能型假肢膝关节构想。 1990 年，英国布莱切福特公司研制出世界上第一款微处理器控制的智能假肢IP （Intelligent Prosthesis），并在对IP 性能进行完善后研制出IP+ ，其后日本 Nabco 公司也推出了NI-CIII 型智能假肢． 2006 年德国Otto Bock公司发明了世界上首例应用“人工智能”，研发了CLeg智能仿生腿，利用膝角度传感器和踝关节力矩传感器判断假肢摆动的速度 和位置，调节液压缸阻尼变化保证行走过程中的稳定和安全。 2009 年Ossur 公司研制出世界上第一款主动型人工智能假肢POWER KNEE， 配备转矩和加速感应器随时感应地面的状况，控制致动器在行走、上下楼、弯 腰、跃立时，有效抬举、刺激使用者的肌肉来主动提升和刺激残肢与假肢同步 活动，满足楼梯、斜坡和平地行走多种路况变化．
双足机器人四连杆仿生膝关节的研究—王斌锐
双足机器人的四连杆仿生关节特点: (1)多连杆机构,具有转动多轴性特点;在相同膝关节弯
曲角度下,脚离地高度更大;动力学特性接近人腿膝关节。 (2)关节运动控制采用智能MR阻尼器,具有一定的柔性,
抗冲击;阻尼器比电机节省能源。 (3)ICR的变化可引起地面反力对关节作用的不同;当地
东北大学的徐心和教授等人研究磁流变液智能假腿, 通过步态感知系统得到假 肢摆动相的各种信息及理想步态，通过阻尼力矩调节实现摆动相膝力矩的自 动控制．
台湾德林假肢有限公司生产的IC智能膝，可通过穿戴者手持的遥控器，在行 走过程中调节液压缸针阀开度控制假肢步速跟随．
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
利用角度传感器、压力传感器、和霍尔传感 器判断穿戴者行走步速，调节气压缸阻尼， 实现与健肢的协调运动。
下肢助行机构设计及仿真研究——宋森
下肢外骨骼机器人主要包括机械部分设计和控制部 分设计两大方面。这两方面都面临一系列的共同 关键技术亟待解决。
1.机械结构的拟人化设计。 2.下肢外骨骼和穿戴者的协同问题。 3.驱动器和驱动系统的选择。 4.样机材料的选择。
目前国内外各型智能假肢研究中的存在的 主要问题是根据系统的传感器及相关的数 据处理无法识别假肢穿戴者的运动意图， 人-假肢-环境三者之间不能进行有效的信息 交互与协调控制，也就难以实现在多种路 况、不同步速、不同行走阶段情况下的理 想控制效果。
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
河北工业大学智能康复辅具研究中心在智能下肢假肢研究方面做了卓有 成效的工作
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
国内发展状况 （我国在智能膝上假肢的研究开始于20 世纪80 年代初 ）
清华大学的金德闻等人设计并尝试了利用肌电信号识别路况的多连杆智能膝 上假肢。
上海理工大学的喻洪流教授等人设计了基于小脑模型神经网络控制器的智能 膝上假肢，在健肢上安装便携式检测机构得到膝关节角度控制假肢步态．
中南大学的谭冠政教授等人研制出了智能仿生人工腿CIP-I Leg，设计出一种 基于非线性PID控制的人工腿位置伺服控制系统，利用霍尔传感器判断步速调 节电机轴来调节针阀位置达到调节气压缸阻尼来适应步速改变．
北京大学王启宁等人设计出基于动态行走机理的“机器人假肢”，利用脚底 压力传感器系统，探测健康腿每次抬脚、着地、摆动、弯曲的行走状态，控 制假肢的走路状态．
人体下肢假肢
肖连智
◆根据实现膝关节力矩的方法分为3种类型：
被动型膝上假肢 半主动型膝上假肢 动力驱动型膝上假肢（研究重点）
人体下肢假肢发展概述—— 张更林
假肢膝关节的控制技术 1.简单机械装置 （单轴，二连杆） 2.连杆机构 （四连杆、五连杆、六连杆） 3.气压控制装置 （刚性相对差，低速行走时效机智能化控制装置 （采用微处理器对假
肢进行智能控制，非常有发展前景）
智能下肢假肢关键技术研究进展——杨鹏
被动式和半主动式假肢不能提供助力，已经不能满足下肢残疾人的需求。 主动型假肢能在复杂路况下更好的实现假肢运动的功能性和协调性。
四杆机构膝关节控制力矩分析——杨建坤
在计算膝关节需要控制力矩时,不可忽略小腿和 足的惯性力。为了得到小腿和足的惯性力矩和 总质心G 的惯性力,首先对四杆机构进行运动学 分析。
控制力矩计算是实现对膝关节进行智能控制的 第一步。在曲线上选取多个控制点后,通过文中 设计的力矩控制装置,可望实现对膝关节力矩的 多点控制。这些工作为进一步实现膝关节的智 能控制打下了基础。
面反力作用线位于ICR前方时,关节可实现自稳定支撑。 (4)成本比电机减速器方案低,能源消耗小。
基于混合驱动仿生膝关节机构设计—吴成杰
基于混合驱动仿生膝关节机构设计—吴成杰
基于混合驱动的仿生膝关节与传统的机械式假肢或被 动式假肢相比，较好地解决了主动式驱动的高耗能、 高刚性、高惯性和被动式驱动的机动性、可控性差， 及驱动受限等缺陷． 采用 4 连杆多轴闭链的机构形式 可以使智能假肢获得更拟人的步态和更好的稳定性和 越障能力． 但由于人体是由非常不规则的骨骼和具有 很好韧性的肌肉和韧带组成的复杂生物机构，完全模 拟人腿骨骼和关节十分困难． 目前被动智能膝关节技 术已经成熟，有产品面世，但是因为其驱动力不足很 难实现完美的步行． 融合了主动与被动优点的混合驱 动方式在智能假肢应用领域具有极大的潜力．