阻尼缸是智能假腿控制的關(guān)鍵部件之一，通過(guò)微處理器對(duì)阻尼缸的控制可以自動(dòng)調(diào)節(jié)
假腿的步態(tài)對(duì)稱性，其動(dòng)態(tài)工作特性對(duì)假腿性能具有重要影響。文章介紹了一種用于對(duì)這種阻尼缸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)性能測(cè)試的裝置，該裝置通過(guò)一個(gè)主動(dòng)氣缸推動(dòng)被測(cè)阻尼缸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)工作模擬，以單片機(jī)AT89C52 作為控制單元，對(duì)自行研制的一種雙向電控氣壓缸進(jìn)行了測(cè)試。
關(guān)鍵字：假腿；單片機(jī)；運(yùn)動(dòng)性能；阻尼缸
智能假腿是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)非常重要的研究課題。自20世紀(jì)90年
代初起，英國(guó)和日本率先將微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)融合在一起，相繼研制出了智能型的假腿并已大量投入臨床應(yīng)用，典型產(chǎn)品有IP，IP+和NI-C111 [1]等。
假腿的氣壓阻尼缸是基于活塞隨膝的屈曲和伸展在氣缸里的來(lái)回移動(dòng),推動(dòng)氣體通過(guò)節(jié)
流針閥形成阻尼力，產(chǎn)生對(duì)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的控制作用。調(diào)整節(jié)流針閥的流量大小, 即可調(diào)整膝關(guān)節(jié)的擺動(dòng)速度,通常在伸展和彎曲兩個(gè)方向均設(shè)有節(jié)流閥, 可分別調(diào)整伸展和屈曲的運(yùn)動(dòng)速度,以適應(yīng)不同截肢者的行走要求。又由于空氣具有可壓縮性, 其流速也會(huì)隨壓力增大而加大, 因此當(dāng)步行速度加快時(shí), 氣壓控制裝置具有一定的跟隨特性[2]。
在智能假腿的設(shè)計(jì)中，如何測(cè)定假腿的擺動(dòng)速度是關(guān)鍵問(wèn)題。本裝置通過(guò)傳動(dòng)氣缸和阻
尼缸組成了假腿動(dòng)力模型。傳動(dòng)氣缸提供動(dòng)力以模擬小腿對(duì)阻尼缸的慣性力，阻尼缸模擬假腿的膝關(guān)節(jié)阻尼部分，阻尼缸中設(shè)有兩個(gè)氣體流量控制針閥，調(diào)節(jié)針閥就可以改變阻尼缸內(nèi)氣體阻尼力的大小。測(cè)定速度的方法是通過(guò)加載在假腿兩側(cè)的傳感器來(lái)感應(yīng)阻尼缸的移動(dòng)，然后將傳感器的感應(yīng)信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的接受端。單片機(jī)完成阻尼缸運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度測(cè)量，并將測(cè)得的結(jié)果顯示在4 位數(shù)碼管上。單片機(jī)系統(tǒng)還要控制針閥的移動(dòng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以在速度和氣壓之間建立一種對(duì)應(yīng)的關(guān)系，總結(jié)這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以得到假腿氣壓缸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
最后調(diào)節(jié)阻尼缸針閥來(lái)改變智能假腿的運(yùn)動(dòng)速度，使假腿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律逼近正常人行走的步態(tài)，從而改善假腿的運(yùn)動(dòng)性能。