3、半主动髋关节假肢可变关节刚度自适应调节研究

半主动髋关节假肢可变关节刚度自适应调节研究

1. 引言

佩戴下肢假肢是恢复下肢截肢者行走功能的一种方式。根据截肢部位，下肢假肢可分为髋关节假肢、膝关节假肢和踝关节假肢。目前，下肢假肢的研究主要集中在膝关节和踝关节假肢上，由于髋关节截肢者数量相对较少，对髋关节假肢的研究也较少。然而，佩戴髋关节假肢对于帮助髋关节截肢者恢复正常行走能力至关重要，因此开发髋关节假肢具有重要意义。

下肢假肢根据关节调节类型可大致分为被动假肢、半主动假肢和动力假肢。早期的假肢研究主要集中在被动假肢上，其关节阻尼和刚度无法根据截肢者的运动进行自适应调整，仅依靠假肢自身的机械调节。随着电子技术的发展，下肢假肢逐渐向半主动和动力假肢发展。半主动假肢包含微控制器、传感器和执行器，可根据人体姿势、运动状态和环境信息调整关节刚度，适应不同的运动场景。动力假肢则包括传感器系统和高功率电机系统，可调整电机的旋转角度、速度和输出扭矩，以匹配截肢者的步态速度和路况。

目前，关于髋关节假肢的研究非常有限。例如，2010 年奥托博克开发了液压髋关节 Helix3D，它采用球窝关节和四连杆机构，可在空间中实现三个旋转自由度，并提供高关节阻尼的稳定模式和低关节阻尼的灵活模式；2014 年，Orozco 等人设计了多轴气动阻尼髋关节假肢，通过空气弹簧提供阻尼，但空气弹簧的可控性较差，无法实现髋关节行走所需的阻尼；2019 年，Ueyama 等人设计了全主动髋关节 - 膝关节假肢，由电动机提供动力，但仅具备电机控制，没有包含感知环境信息的传感器系统。除了 Ueyama 等人的全主动髋关节 - 膝关节假肢外，大多数髋关节假肢的研究都集中在被动假肢上。

被动髋关节假肢无法根据截肢者的实时步态信息动态调整假肢的关节刚度，这使得大多数