智能假腿膝关节阻尼缸运动性能测试

阻尼缸是智能假腿控制的关键部件之一，通过微处理器对阻尼缸的控制可以自动调节
假腿的步态对称性，其动态工作特性对假腿性能具有重要影响。文章介绍了一种用于对这种阻尼缸进行运动性能测试的装置，该装置通过一个主动气缸推动被测阻尼缸进行运动工作模拟，以单片机AT89C52 作为控制单元，对自行研制的一种双向电控气压缸进行了测试。
关键字：假腿；单片机；运动性能；阻尼缸
智能假腿是机器人学和生物医学工程学领域中一个非常重要的研究课题。自20世纪90年
代初起，英国和日本率先将微电子技术、计算机控制技术与生物医学工程技术融合在一起，相继研制出了智能型的假腿并已大量投入临床应用，典型产品有IP，IP+和NI-C111 [1]等。
假腿的气压阻尼缸是基于活塞随膝的屈曲和伸展在气缸里的来回移动,推动气体通过节
流针阀形成阻尼力，产生对膝关节运动的控制作用。调整节流针阀的流量大小, 即可调整膝关节的摆动速度,通常在伸展和弯曲两个方向均设有节流阀, 可分别调整伸展和屈曲的运动速度,以适应不同截肢者的行走要求。又由于空气具有可压缩性, 其流速也会随压力增大而加大, 因此当步行速度加快时, 气压控制装置具有一定的跟随特性[2]。
在智能假腿的设计中，如何测定假腿的摆动速度是关键问题。本装置通过传动气缸和阻
尼缸组成了假腿动力模型。传动气缸提供动力以模拟小腿对阻尼缸的惯性力，阻尼缸模拟假腿的膝关节阻尼部分，阻尼缸中设有两个气体流量控制针阀，调节针阀就可以改变阻尼缸内气体阻尼力的大小。测定速度的方法是通过加载在假腿两侧的传感器来感应阻尼缸的移动，然后将传感器的感应信号传输到单片机的接受端。单片机完成阻尼缸运动时的速度测量，并将测得的结果显示在4 位数码管上。单片机系统还要控制针阀的移动。通过实验可以在速度和气压之间建立一种对应的关系，总结这个对应关系，就可以得到假腿气压缸的运动规律。
最后调节阻尼缸针阀来改变智能假腿的运动速度，使假腿的运动规律逼近正常人行走的步态，从而改善假腿的运动性能。