45、模块化假肢肢体的设计与技术解析

模块化假肢肢体的设计与技术解析

1. 上肢模块设计

1.1 肱骨旋转器与肘部模块

肱骨旋转器模块采用单个 60 - Nm 执行器，置于多层碳纤维外壳中。肘部模块同样使用单个 60 - Nm 执行器，通过滑动离合器固定在碳纤维外壳内。

1.2 大型电机控制器（LMC）

每个上臂驱动器都包含一个大型电机控制器（LMC），它是一个嵌入式印刷电路板（PCB），能够与 LC 通信，并根据一组高级控制命令驱动无刷直流（BLDC）电机。LMC 的核心是 ARM Cortex M3 处理器，运行嵌入式控制算法，并与一系列模块和传感器交互。

LMC 计算机板还连接到驱动器内的各种外围板，直接管理电源分配/滤波、绝对位置传感以及应变计放大/测量。与 LC 的通信通过 CANbus 进行，这是一种基于消息的多点网络接口，最初为汽车行业开发。

LMC 硬件是高度定制工程开发的典范，能够同时产生人类级别的功率和规模。相比之下，同等性能的商用现货（COTS）电机控制器要重几个数量级且体积更大，还缺乏所需的机械集成和关键功能，如应变测量支持。LMC 设计也为腕部电机控制器（WMC）奠定了基础。

1.3 腕部设计

1.3.1 设计目标

• 尽可能缩短腕部沿前臂的长度，以适应更多患者。
• 前臂厚度限制了桡/尺偏驱动器的轴向长度以及屈伸和旋转驱动器的直径。
• 出于经济原因，三个执行器应相同，可根据成本、重量和患者及假肢师的偏好组合成少于三个自由度的配置，也适用于左右手配置。

1.3.2 性能要