步行器結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

-20-引言隨著科技進(jìn)步和人民生活水平的提高，我國(guó)和世界上許多國(guó)家一樣，正在步入老齡化社會(huì)。在老年人群中會(huì)有大量的腦血管或神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者，其后遺癥多數(shù)伴有偏癱癥狀。近期的流行病學(xué)研究結(jié)果表明，全國(guó)腦卒中，每10萬(wàn)人年發(fā)病人數(shù)為110-180例;年死亡率每為10萬(wàn)人80-120例，且發(fā)病率呈上升的趨勢(shì)，雖死亡率呈下降趨勢(shì)，但幸存者中70%以上都患有不同程度的功能障礙(殘疾)。同時(shí)，由于交通運(yùn)輸工具的迅速增多，因交通事故而造成神經(jīng)心痛損傷或肢體損傷的人數(shù)也越來(lái)越多。醫(yī)學(xué)理論和臨床醫(yī)學(xué)證明，這類患者除了早期的手術(shù)治療和必要的藥物外，正確、科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)于肢體運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)和提高起到非常重要的作用。因?yàn)檫@類患者都存在一定的運(yùn)動(dòng)障礙，康復(fù)訓(xùn)練需要有專業(yè)人員幫助或者需要在專業(yè)人員的監(jiān)護(hù)下才能進(jìn)行，由于專業(yè)護(hù)理人員的缺乏和醫(yī)療費(fèi)用等問(wèn)題，多數(shù)患者選擇在家里自行訓(xùn)練，甚至在康復(fù)后期拋開他人監(jiān)護(hù)，自行訓(xùn)練。這時(shí)，為了安全有效的進(jìn)行訓(xùn)練，需要助行裝置能提供一種安全監(jiān)護(hù)和預(yù)測(cè)的有效信息，幫助患者更好更安全地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。本文針對(duì)下肢癱瘓病人在行走康復(fù)訓(xùn)練中的安全監(jiān)護(hù)和預(yù)測(cè)問(wèn)題，研究上肢力信息的提取方法，并嘗試用于康復(fù)訓(xùn)練監(jiān)測(cè)和效果評(píng)估，以探索解決殘疾人康復(fù)工程中監(jiān)護(hù)與預(yù)測(cè)的難點(diǎn)。由于人體神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)下肢失去了控制，下肢殘疾患者就失去了下肢運(yùn)動(dòng)能力。如果患者長(zhǎng)期臥床，會(huì)造成諸多并發(fā)癥，如褥疫、骨質(zhì)疏松、截癱神經(jīng)痛、泌尿系統(tǒng)感染、尿毒癥等，并可反復(fù)發(fā)作。并發(fā)癥使得患者住院時(shí)間延長(zhǎng)，不僅所需的各項(xiàng)醫(yī)療費(fèi)用增加，而且也影響了后期的康復(fù)治療效果，甚至并發(fā)癥嚴(yán)重者還可導(dǎo)致死亡。對(duì)下肢殘疾患者而言，站立及步行訓(xùn)練對(duì)其后期的康復(fù)具有重要的意義。步行器屬于康復(fù)醫(yī)療器械，旨在幫助截癱病人進(jìn)行后期的康復(fù)治療。為了使步行器成為普遍適用的康復(fù)器械，在設(shè)計(jì)構(gòu)思步行器時(shí)，需要考慮到一些設(shè)計(jì)的基本理念和功能定位。1步行器的概述1.1步行器的定義步行器(walkingaids)即為輔助人站立與行走的工具和裝置。行走是人類健康的重要標(biāo)志，也是口常生活中重復(fù)最多的動(dòng)作。近年來(lái)隨著交通事故和意外損傷的增多，腦血管病患者的相對(duì)增加。一旦病情平穩(wěn)后，改善和恢復(fù)步行功能擺到了康復(fù)醫(yī)學(xué)的首要位置。另一方面伴隨著我國(guó)人民生活水平的不斷改善，人口老齡化必然出現(xiàn)。由于年邁肌肉力的耐力減弱，需要借助步行器械和矯形器獲得安全步態(tài)的人越來(lái)越多，在臨床康復(fù)治療中接受康復(fù)治療的多數(shù)患者，在步行的開始就需要借助步行器械和矯形器的支持。有些患者的步行甚至需要終生使用步行器械和矯形器。1.2步行器的功能下肢殘疾患者下肢癱瘓，不能自主的進(jìn)行站立及步行練習(xí)，需要借助相應(yīng)的步行矯形器來(lái)幫助完成。通過(guò)很多臨床研究發(fā)現(xiàn)，站立或者步行康復(fù)訓(xùn)練可以有效的減少下肢殘疾后期并發(fā)癥，并極大改善患者的體質(zhì)。從康復(fù)步行器所能實(shí)現(xiàn)的功能，可以把其功能分成三個(gè)部分：行走功能，減重支撐功能，控制驅(qū)動(dòng)功能[1]。1.2.1行走功能步行器，顧名思義必須要實(shí)現(xiàn)行走康復(fù)的功能。脊髓損傷使得神經(jīng)系統(tǒng)失去了對(duì)下肢的控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的行走功能，容易出現(xiàn)一系列的并發(fā)癥。所以在不傷害下肢體的前提下，借助其他的工具使下肢進(jìn)行步行等運(yùn)動(dòng)，可以促進(jìn)血液循環(huán)，減少肌肉萎縮等并發(fā)癥，改善患者心情，促進(jìn)身心康復(fù)。步行系統(tǒng)主要設(shè)有一仿人髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)腿支柱，腳部，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等主要的機(jī)構(gòu)，可以保汗患者進(jìn)行簡(jiǎn)單的步行訓(xùn)練。1.2.2減重支撐功能患者長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)動(dòng)或者很少運(yùn)動(dòng)，下肢會(huì)出現(xiàn)不同程度的萎縮，無(wú)法承受整個(gè)人體的重量。那么減重支撐功能就是要為患者分擔(dān)大部分體重的功能，減少人體重量對(duì)下肢的壓迫，防止下肢關(guān)節(jié)壓迫受傷。減重支撐系統(tǒng)可以更好地促進(jìn)、輔助行走功能。步行器對(duì)患者的減重支撐的主要有幾個(gè)部位：腋下的支撐系統(tǒng)對(duì)一身體兩邊起到“托住”的作用，相當(dāng)于一個(gè)拐杖的支撐；膝關(guān)節(jié)的鎖定，減少自由度，大腿小腿連起來(lái)組成一個(gè)“整體”，此時(shí)的骨骼起到了一個(gè)支撐作用；骸關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)處需要“卡住”胯部，以便電機(jī)帶動(dòng)骸關(guān)節(jié)的扭動(dòng)，這樣也起到了一定的減重功能，另外此處設(shè)計(jì)有比較厚的保護(hù)墊，以防患者受傷。1.2.3控制驅(qū)動(dòng)部分患者長(zhǎng)時(shí)間臥床，缺乏鍛煉，體力會(huì)出現(xiàn)明顯下降。如果單純依靠患者健全上肢的力量來(lái)帶動(dòng)下肢運(yùn)動(dòng)，患者會(huì)比較吃力，并且病人做一個(gè)動(dòng)作的難度是普通人的好幾倍。所以需要借助一定的外力與患者共同合作，實(shí)現(xiàn)行走功能?？刂葡到y(tǒng)包括微型控制器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，傳感器，變速箱等，可以使患者實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作，并且簡(jiǎn)單快捷省力的操作。1.3步行器的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)于外骨骼類步行器，一般會(huì)采用兩種方法進(jìn)行步態(tài)規(guī)劃。其一就是利用仿人結(jié)構(gòu)。首先研究人體的基本構(gòu)造，然后簡(jiǎn)化為機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。結(jié)合已測(cè)出的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)曲線，規(guī)劃和模擬人的步態(tài)。其二就是運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行人體的建模。通過(guò)對(duì)步行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解建模，從而得出步行器的步態(tài)規(guī)劃。尤其對(duì)于康復(fù)類外骨骼，步態(tài)的規(guī)劃是否合理，將極大的影響穿戴者的舒適性，同時(shí)也會(huì)影響到患者康復(fù)的積極性。在規(guī)劃步行器行走步態(tài)時(shí)，應(yīng)對(duì)人體下肢運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)和主要運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析和認(rèn)知。人類本身是靠雙足直立行走，同樣步行器也是雙足直立行走的運(yùn)動(dòng)方式，只是下肢膝關(guān)節(jié)鎖定。本質(zhì)上，兩者在運(yùn)動(dòng)原理上是類似的，只不過(guò)由于人類的肢體結(jié)構(gòu)比較精細(xì)復(fù)雜，在行走的過(guò)程中可以做很多細(xì)節(jié)調(diào)整，所以動(dòng)作很靈活流暢；而步行器的結(jié)構(gòu)相對(duì)還是比較簡(jiǎn)單，活動(dòng)方式也比較機(jī)械，所以動(dòng)作相對(duì)也會(huì)顯得比較僵硬。綜合考慮這些因素，采用第一種的仿人的結(jié)構(gòu)，可以使步態(tài)規(guī)劃更符合人體運(yùn)動(dòng)，對(duì)患者的身體和心理都有促進(jìn)作用。圖1步行器運(yùn)動(dòng)方式示意圖步行器的運(yùn)動(dòng)方式的分解圖如圖1所示。步行器規(guī)劃的步態(tài)策略描述如下：(1)先邁左腳，左腳離地，身體重心轉(zhuǎn)移到右腳，由右腳支撐身體；(2)右腳產(chǎn)生一個(gè)后蹬趨勢(shì)，支撐身體前移；(3)左腳著地，身體重心轉(zhuǎn)移到兩腳之間，身體完成一段距離的移動(dòng)；(4)再邁右腳，右腳離地，身體重心轉(zhuǎn)移到左腳，由左腳支撐身體；(5)左腳產(chǎn)生一個(gè)后蹬趨勢(shì)，支撐身體前移；(6)右腳著地，身體重心轉(zhuǎn)移到兩腳之間，身體再完成一段距離的移動(dòng)；(7)繼續(xù)邁左腳……如此往復(fù)循環(huán)，從而可以實(shí)現(xiàn)雙足行走。2人體下肢結(jié)構(gòu)和步態(tài)分析人類在生活中離不開運(yùn)動(dòng)。人類身體結(jié)構(gòu)會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)而呈現(xiàn)一定規(guī)律變化。大自然造就了人類，在人類不斷地進(jìn)化過(guò)程中，身體的結(jié)構(gòu)不斷地適應(yīng)著大自然的變化。人類身體擁有一個(gè)復(fù)雜，柔韌和合理的結(jié)構(gòu)，使得人類具有走、跑、跳和蹲等各種運(yùn)動(dòng)能力。然而，人類的身體結(jié)構(gòu)又是相當(dāng)脆弱的，一旦遭受到某種損害時(shí)，如交通事故，重大疾病，自然災(zāi)害等時(shí)，身體的某些器官或者組織結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生損傷而失去部分功能。步態(tài)是人體結(jié)構(gòu)與功能、運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、行為心理活動(dòng)在行走時(shí)的外在表現(xiàn)。不同的人步行的姿勢(shì)是不一樣的，步行器和矯形器可以直接影響步態(tài)的變化，反過(guò)來(lái)根據(jù)步態(tài)的變化也可以評(píng)價(jià)助行器械和矯形器的作用。2.1人體下肢結(jié)構(gòu)分析2.1.1人體下肢術(shù)語(yǔ)確立的標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)，便于我們對(duì)人體結(jié)構(gòu)有正確的認(rèn)識(shí)和研究，并了解各部分的形態(tài)和相互位置關(guān)系。另外，有利于初學(xué)者準(zhǔn)確的掌握和正確的交流。2.1.1.1標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)也稱為姿勢(shì)，其定義為兩腳跟靠攏，足尖向前靠攏;雙手在軀干兩側(cè)呈自然下垂，掌心向前;身體垂直站立，兩眼向正前方平視。以下描述，沒(méi)有特殊標(biāo)注，均是在人體標(biāo)準(zhǔn)姿勢(shì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。2.1.1.2常用的人體方位術(shù)語(yǔ)人體常用的方位術(shù)語(yǔ)為了便于學(xué)習(xí)和研究人體各部分及其結(jié)構(gòu)的位置變化。表1為人體常用方位術(shù)語(yǔ)。表1人體常用方位術(shù)語(yǔ)方位術(shù)語(yǔ)定義上(superior)下(inferior)按姿勢(shì)，頭居上，足在下前(anterior)后(posterior)靠身體腹面者為前，而靠背面者為后內(nèi)側(cè)(medialis)外側(cè)(lateralis)以身體的中線為準(zhǔn)，距中線近者為內(nèi)側(cè)，離中線相對(duì)遠(yuǎn)者為外側(cè)，如手的拇指在外側(cè)而小指在內(nèi)側(cè)內(nèi)(interior)外(exterior)凡有內(nèi)腔的器官，以內(nèi)腔為準(zhǔn)，近內(nèi)腔者為內(nèi)，遠(yuǎn)離內(nèi)腔者為外淺(superficial)深(deep)靠近體表的部分叫淺，相對(duì)深入潛居于內(nèi)部的部分叫深認(rèn)識(shí)人體的空間坐標(biāo)系，對(duì)研究人體結(jié)構(gòu)一有重要影響：①軸(axis):按照方位，人體可有互相垂直的三種類型的軸，這在找述某些結(jié)構(gòu)的形態(tài)，特別是關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，是非常重要的。這三種軸即為矢狀軸，冠狀軸，垂直軸。矢狀軸(sagittalaxis)即由前向后與身體長(zhǎng)軸和冠狀軸相垂直的水平線。冠狀軸(coronalaxis)即由左向右與身體長(zhǎng)軸和矢狀軸相垂直的水平線，又稱額狀軸。垂直軸(verticalaxis):即與身體長(zhǎng)軸平行與水平面垂直的軸。②面(plane):按照上述三種軸，人體可以有相互垂直的三種類型面，這些對(duì)某些結(jié)的描述也是重要的。矢狀面(sagittalplane):即按矢狀面力一向與水平面和冠狀面相垂自，將身體分成左右兩部的縱切面。其中正中的，稱為正中矢狀面，將人體分成左右二等分。冠狀面(coronalplane):又稱為額狀軸即按冠狀面方向與水平面和矢狀面相垂直，將身體分為前后兩部的縱切面。水平面(horizontalplane):又稱橫切面即與上述二面垂直與水平面平行，將身體分為上下兩部的斷面[2]。2.1.2人體下肢結(jié)構(gòu)和自由度分析研究人體骨骼構(gòu)造得知人體下肢骨骼由人腿骨(股骨)、小腿骨(脛骨和膝骨)、足骨(附骨、拓骨和趾骨)組成，人體下肢骨骼解剖圖結(jié)構(gòu)如圖2所示。人體的下肢骨骼主要構(gòu)成包括兩個(gè)部分，分別為下肢帶骨和游離下肢骨。下肢帶骨主要由髖骨組成。每側(cè)髖骨均由位于上方的骼骨，后方的一塊坐骨，前下方的恥骨組成。游離下肢骨包括股骨，骼骨，脛骨，肌骨和足骨組成。ab圖2人體下肢結(jié)構(gòu)及主要關(guān)節(jié)自由度髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和跺關(guān)節(jié)是人體下肢的三個(gè)主要關(guān)節(jié)，通過(guò)下表2可以很清晰的看出三大關(guān)節(jié)的組成，類型，級(jí)數(shù)，自由度等。表2下肢三大關(guān)節(jié)通過(guò)上表對(duì)三個(gè)關(guān)節(jié)分析可知，雖然每一個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)方式各有不同，但是三個(gè)關(guān)節(jié)都會(huì)進(jìn)行屈/伸運(yùn)動(dòng)。對(duì)三種運(yùn)動(dòng)方式分析，可概括其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):屈/伸運(yùn)動(dòng)主要是為了幫助人體完成向前跨步的運(yùn)動(dòng)，內(nèi)收/外展主要是為了幫助人體在站立或者行走的過(guò)程中調(diào)節(jié)身體的平衡，旋內(nèi)/旋外主要為了幫助人體改變行走方向，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能。2.2步態(tài)分析行走是身體平穩(wěn)、交替、對(duì)稱、有節(jié)律的運(yùn)動(dòng)。步態(tài)就是行走時(shí)所表現(xiàn)的姿態(tài)或行走模式。正常步態(tài)是通過(guò)骨盆、骸膝、跺和足趾共同協(xié)作完成，上體處于兩足之間的支撐面上以保持平衡。步態(tài)是經(jīng)過(guò)后天的學(xué)習(xí)而獲得的。正常步態(tài)必須完成三個(gè)過(guò)程:支撐體重，單腿支撐，擺動(dòng)腿邁步。2.2.1步態(tài)分析的目的步態(tài)分析可評(píng)估患者是否存在異常步態(tài)。另外，大量研究成果證實(shí)，通過(guò)對(duì)比分析異常步態(tài)與正常步態(tài)特征，可判斷步態(tài)異常的性質(zhì)和程度，也為分析異常步態(tài)原因，制定矯正異常步態(tài)治療方案和評(píng)價(jià)康復(fù)療效提供必要的依據(jù)。通過(guò)對(duì)人體步態(tài)的深入分析研究，結(jié)合截癱康復(fù)步行器的設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用比較成熟的步態(tài)理論，可以為截癱康復(fù)步行器的步態(tài)規(guī)劃提供重要的參考依據(jù)。2.2.2步態(tài)時(shí)相分析及相關(guān)步態(tài)理論人在行走的時(shí)候，同一個(gè)足跟連續(xù)兩次著地的時(shí)間為一個(gè)步態(tài)周期。一個(gè)正常的步態(tài)周期包括一個(gè)站立相和一個(gè)邁步相，每側(cè)下肢都有其各自步行周期。理想狀態(tài)下，健全人在平地行走時(shí)是呈現(xiàn)左右劉一稱的。以下分析均是針對(duì)健全人，不適合有下肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的患者。步態(tài)時(shí)相分析法是步態(tài)分析中最常用的分析方法，它包括兩個(gè)雙腿支撐相(doublesupporting)、單支撐相(singlesupporting)和邁步相(swingphase)。站立相(standphase)是指步行周期中，從足跟著地到足趾離地的過(guò)程，約占整個(gè)步行周期的前60%。邁步相(swingphase)指步行周期中從足趾離地到同側(cè)足跟再次著地的過(guò)程，它發(fā)生在步行周期后40%的時(shí)間里。站立相包含兩個(gè)雙支撐期和一個(gè)單支撐期。雙支撐期為行走中腳與地面同時(shí)接觸的時(shí)期。一個(gè)步行周期中包含兩個(gè)雙支撐期，即右雙支撐期和左雙支撐期。發(fā)生時(shí)間不同，各占10%的步行周期。單支撐期為行走中僅一側(cè)下肢與地面接觸的時(shí)期。行走時(shí)一側(cè)下肢單支撐期所占時(shí)間，實(shí)際上完全等于對(duì)稱下肢的邁步相時(shí)間。2.3步行康復(fù)的理論與方法2.3.1影響行走的因素和異常步態(tài)評(píng)估2.3.1.1影響行走的因素影響行走能力的因素包括三個(gè)方面：神經(jīng)系統(tǒng)的精確控制；肌肉和關(guān)節(jié)活動(dòng)；軀干肌協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。神經(jīng)系統(tǒng)的精確控制指肌肉隨意運(yùn)動(dòng)支配，起源于大腦皮質(zhì)中央前回，通過(guò)皮質(zhì)腦干束和皮質(zhì)脊髖束，到達(dá)脊髖的前角，支配隨意肌運(yùn)動(dòng)。前庭小腦系統(tǒng)通過(guò)復(fù)雜的調(diào)節(jié)和反饋機(jī)制，維持肌張力，協(xié)調(diào)平衡，使人體能夠完成許多技巧性運(yùn)動(dòng)。除了神經(jīng)系統(tǒng)精確控制外，正常的行走還需要肌肉、關(guān)節(jié)有節(jié)律的活動(dòng)。另外，軀干肌的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)對(duì)于步行中維持正常姿勢(shì)至關(guān)重要。2.3.1.2異常步態(tài)評(píng)估導(dǎo)致步態(tài)異常的疾患可分為兩大類:一類是神經(jīng)系統(tǒng)疾患，如腦卒中、腦外傷、脊髖損傷等;另一類是骨科疾患，包括各種骨關(guān)節(jié)疾患、韌帶損傷、一下肢假肢等。本課題主要針對(duì)上肢功能健全的脊髖損傷患者。在臨床中從功能和能力兩方面對(duì)病人進(jìn)行評(píng)估與分析。功能方面包括對(duì)步態(tài)特征、步態(tài)參數(shù)、步態(tài)異常點(diǎn)及步態(tài)異常的原因進(jìn)行分析與評(píng)估;在能力方面，對(duì)病人在實(shí)際生活中的行走能力進(jìn)行評(píng)估。使病人最大限度獨(dú)立回歸家庭和社會(huì)，是康復(fù)醫(yī)學(xué)的核心思想和目的，因此對(duì)能力的評(píng)估不可忽視。2.3.2康復(fù)治療的對(duì)象及常用方法2.3.2.1康復(fù)治療的對(duì)象康復(fù)醫(yī)學(xué)的宗旨是幫助病人恢復(fù)機(jī)體的功能，提高患者自理能力，使其最大限度獨(dú)立的回歸家庭和社會(huì)。一般的疾病通過(guò)治療可以完全治愈，而不會(huì)留下難以彌補(bǔ)的后遺癥?？祻?fù)醫(yī)學(xué)的醫(yī)治對(duì)象就是針對(duì)在常規(guī)醫(yī)學(xué)治療后，機(jī)體的功能部分或者完全喪失的病患。從病損的機(jī)理來(lái)分，康復(fù)醫(yī)學(xué)的對(duì)象主要包括四類:(1)術(shù)后和一些急性的傷病后的病人:所有醫(yī)院內(nèi)外存在功能障礙的患者。(2)慢性病病人:各類慢性病及其誘發(fā)的并發(fā)癥，以致身體器官出現(xiàn)功能減退或者功能障礙。(3)各類殘疾:各類損傷和先天性異常所造成的暫時(shí)或永久性的功能障礙。(4)器宮組織的自然衰老:隨著年齡增長(zhǎng)，人體各器官組織出現(xiàn)功能退化。2.3.2.2康復(fù)治療的常用方法(1)物理療法(physicaltherapy,physiotherapyP.T.)a.運(yùn)動(dòng)療法:康復(fù)治療中最重要的療法，得到康復(fù)醫(yī)學(xué)普遍認(rèn)可。常用的運(yùn)動(dòng)療法有牽引、手法、太極拳、八段錦等適度運(yùn)動(dòng)，對(duì)身心的康復(fù)都有幫助。b.理療:磁療、蠟療、靜電療法、電療法等c.中醫(yī)理論療法:利用中醫(yī)理論對(duì)人體經(jīng)絡(luò)的研究，采用針灸療法、敷貼療法、刮瘤療法、火罐療法、敷臍療法、按摩等促進(jìn)人體排毒，加快血液循環(huán)。(2)作業(yè)療法(occupationaltherapy,O.T)日常作業(yè)療法包括:日常生活活動(dòng)、職業(yè)性勞動(dòng)、工藝勞動(dòng)、園藝勞動(dòng)等，以及其他促進(jìn)生活自理、家庭生活、社會(huì)生活的勞動(dòng)。作業(yè)治療部門還負(fù)責(zé)向殘疾者提供簡(jiǎn)便器具作為家居日常生活活動(dòng)的輔助工具，以彌補(bǔ)功能上的缺陷。(3)語(yǔ)言治療(speechtherapy,S.T.)又稱言語(yǔ)矯治對(duì)失語(yǔ)、構(gòu)音障礙、吶吃、聽覺(jué)障礙的患者進(jìn)行訓(xùn)練，改善其語(yǔ)言溝通能力。(4)假肢及矯形器(prosthesisandorthosis,Pr&O.)裝配對(duì)截肢者裝配假肢，在一定程度上恢復(fù)其生活自理和工作能力。同時(shí)阻止畸形發(fā)展，改善截肢者情緒，促進(jìn)其心理健康。(5)康復(fù)工程(rehabilitationengineering)器械的使用結(jié)合相應(yīng)工藝技術(shù)，為殘疾者設(shè)計(jì)和制造日常生活和職業(yè)勞動(dòng)的輔助器具或其他器械，以補(bǔ)償功能的不足，提高生活自理的程度，增強(qiáng)學(xué)習(xí)及工作的能力。(6)心理治療(psychotherapy)對(duì)心理、精神、情緒和行為有異常者進(jìn)行個(gè)別的或集體的心理治療。(7)文娛療法(recreationaltherapy)組織患者參加旅行、音樂(lè)演奏(唱)或欣賞、文藝晚會(huì)、聯(lián)歡、觀看電影和錄像等活動(dòng)，調(diào)整患者的身心狀態(tài)，恢復(fù)其均衡的生活方式，促進(jìn)重返社會(huì)。(8)康復(fù)療養(yǎng)(sanatoryrehabilitation)在療養(yǎng)院或療養(yǎng)地，利用礦泉、特殊氣候、日光、空氣、海水等自然因素，促進(jìn)慢性病者和老年病者以及手術(shù)后或急性病后體弱者康復(fù)。(9)康復(fù)護(hù)理(rehabilitationnursing)根據(jù)總的康復(fù)治療計(jì)劃，在對(duì)殘疾者的護(hù)理中，通過(guò)體位處理、心理支持、膀眺護(hù)理、腸道護(hù)理、輔助器械使用指導(dǎo)等，促進(jìn)患者康復(fù)，預(yù)防繼發(fā)性殘疾。(10)康復(fù)咨詢(rehabilitationcounseling)對(duì)殘疾人或傷病員提供有關(guān)社會(huì)生活方面的咨詢意見。通過(guò)面談?shì)o導(dǎo)，協(xié)助解決其在學(xué)習(xí)上、職業(yè)上、婚姻或家庭生活上、心理情緒上的困難和問(wèn)題。(11)其他除上述康復(fù)手段外，還包括矯形手術(shù)、藥物療法、飲食療法等。現(xiàn)代的康復(fù)治療往往采用多種形式的積極的治療和訓(xùn)練。采用積極的多項(xiàng)治療，多種方法協(xié)同康復(fù)，其功能改善的效果也會(huì)更好，有利于患者康復(fù)。3步行器的結(jié)構(gòu)3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理念和功能定位步行器設(shè)計(jì)的基本理念和主要特點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)的合作，實(shí)現(xiàn)站立和基本的行走訓(xùn)練。即步行器的控制系統(tǒng)與患者本人的參與結(jié)合起來(lái)，從而使得人機(jī)合作更加有效?；颊叩闹鲃?dòng)參與，可以促進(jìn)對(duì)患者體力的鍛煉，激發(fā)起康復(fù)訓(xùn)練的積極性，改善患者的心態(tài)，從身體和心理促進(jìn)了患者的康復(fù)。步行器的設(shè)計(jì)初衷就是要通過(guò)患者身體重心的左右搖擺，帶動(dòng)步行器的左右擺動(dòng)，腳底傳感器采集和轉(zhuǎn)換左右擺動(dòng)的信息，控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且配合患者健全上肢對(duì)控制手柄的控制，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎等簡(jiǎn)單行走，進(jìn)而達(dá)到一個(gè)步行康復(fù)的目的。3.2步行器的總體結(jié)構(gòu)一個(gè)完整的人體系統(tǒng)不可或缺的三大系統(tǒng)有骨骼肌肉系統(tǒng)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)，能量供給系統(tǒng)。骨骼肌肉系統(tǒng)支撐整個(gè)人體的重量，中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制整個(gè)人體的運(yùn)動(dòng)，能量供給系統(tǒng)提供人體活動(dòng)的能源，從而實(shí)現(xiàn)正常的人體活動(dòng)。正如人體的三大系統(tǒng)一樣，步行器總體結(jié)構(gòu)分為三大系統(tǒng)（如圖3所示）：圖3步行器的結(jié)構(gòu)圖3.2.1機(jī)械系統(tǒng)對(duì)截癱病人而言，機(jī)械系統(tǒng)相當(dāng)于截癱病人的下肢骨骼，起到支撐整個(gè)人體重量和輔助行走的功能，可以看出機(jī)械系統(tǒng)的重要性。事實(shí)也如此，機(jī)械系統(tǒng)如同外骨骼，支撐患者體重，使患者具各一定的行走和站立能力，所以機(jī)械系統(tǒng)必不可少。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到患者康復(fù)的積極性和康復(fù)的效果。3.2.2控制系統(tǒng)截癱患者的脊髓損傷，使得神經(jīng)系統(tǒng)無(wú)法控制下肢運(yùn)動(dòng)。那么，步行器的控制系統(tǒng)就相當(dāng)于在執(zhí)行人體中樞神經(jīng)的任務(wù)，使得下肢運(yùn)動(dòng)，對(duì)于截癱患者尤為突出。比較合理的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)的合作，能夠節(jié)省體力，使得運(yùn)動(dòng)非常高效。從身體和心理兩方面得到康復(fù)，效果更加明顯。3.2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就相當(dāng)于人體的肌肉和能量供給系統(tǒng)?；颊呦轮L(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)動(dòng)，肌肉就會(huì)出現(xiàn)不同程度的萎縮、體力下降等，難以支撐身體和帶動(dòng)身體運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)腿部運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)步行訓(xùn)練。所以需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式和電機(jī)，以滿足截癱患者的需求。4步行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一個(gè)好的控制系統(tǒng)是步行器實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。本控制系統(tǒng)是按照軟硬件協(xié)同規(guī)劃方法，嚴(yán)格按照步行器控制體系的物理模型，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具備步行器中各控制層的功能。4.1控制系統(tǒng)常用方法4.1.1分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）以微處理器為基礎(chǔ)，采用控制功能分散、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則的新一代儀表控制系統(tǒng)。DCS是分散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。每個(gè)子系統(tǒng)只能得到整個(gè)系統(tǒng)的一部分信息，只能對(duì)系統(tǒng)變量的某個(gè)子集進(jìn)行操作和處理，各自有獨(dú)立的控制目標(biāo)[3]。4.1.2分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制生產(chǎn)過(guò)程中多個(gè)控制回路，同時(shí)又可集中獲取數(shù)據(jù)、集中管理和集中控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)的控制單元是按子系統(tǒng)分布的。系統(tǒng)控制目標(biāo)分配給個(gè)子系統(tǒng)，它們之間可以進(jìn)行必要的信息交換。4.1.3階梯控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)的控制作用是按照一定的優(yōu)先級(jí)和從屬關(guān)系安排的，由決策單元實(shí)現(xiàn)。同級(jí)的決策單元可以并行工作，并對(duì)下級(jí)施加作用，它們又要受到上級(jí)的干預(yù)，下級(jí)各單元可以通過(guò)上級(jí)交換信息。4.2步行器的階梯控制系統(tǒng)結(jié)合步行器的性質(zhì)，并考慮到階梯控制系統(tǒng)具有層次分明、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，步行器控制系統(tǒng)采用階梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。按層次可分為：遠(yuǎn)程命令層、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃層和控制實(shí)現(xiàn)層。如圖4所示：任務(wù)下達(dá)、實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)下達(dá)、實(shí)時(shí)監(jiān)控最高級(jí)決策遠(yuǎn)程命令層任務(wù)高級(jí)完成指令信息庫(kù)反饋信息庫(kù)信息融合步行器路徑規(guī)劃信息融合步行器路徑規(guī)劃運(yùn)動(dòng)規(guī)劃層傳感器實(shí)時(shí)傳入傳感器實(shí)時(shí)傳入任務(wù)步態(tài)完成選擇反饋 指令關(guān)節(jié)控制器關(guān)節(jié)控制器任務(wù) 電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)層完成 控制反饋指令各電機(jī)控制各電機(jī)控制圖4步行器的控制層遠(yuǎn)程命令層位于體系的最上端，預(yù)測(cè)生成達(dá)到某種程度遠(yuǎn)距離的步行器應(yīng)該移動(dòng)方向、速度、移動(dòng)姿態(tài)等命令，即對(duì)整個(gè)步行器實(shí)施監(jiān)控和發(fā)號(hào)口令，進(jìn)行任務(wù)的下達(dá)，其由人來(lái)控制，該層起到了與控制者之間的接口的作用[4]。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃層是中間級(jí)，它一方面接收遠(yuǎn)程命令層指令，通過(guò)信息庫(kù)進(jìn)行決策翻譯，另一方面通傳感器感受外部環(huán)境，在不斷學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑規(guī)劃、決策分析，然后向控制層發(fā)送命令?？刂茖?shí)現(xiàn)層處于最下端，負(fù)責(zé)按照接收的命令完成各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角信號(hào)，控制各足之間的協(xié)調(diào)工作，形成步態(tài)，同時(shí)接收傳感器信息，進(jìn)行自我調(diào)整，力圖使步行器達(dá)到穩(wěn)定。按照這種架構(gòu)進(jìn)行分成控制，層次簡(jiǎn)潔，便于信息傳遞，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。層次越高所完成的任務(wù)越宏觀，層次越低完成的任務(wù)越具體。從高到底，任務(wù)被逐次分解，每層只和相鄰的交換信息，下層等待上層規(guī)劃，上層等待下層完成任務(wù)。4.3步行器控制系統(tǒng)處理器的選擇整個(gè)系統(tǒng)采用基于ARM+DSP的嵌入式設(shè)計(jì)。ARM作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃層，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)路徑導(dǎo)航，遠(yuǎn)程通訊等。該層強(qiáng)調(diào)信息分析，所以必須有個(gè)操作系統(tǒng)，而且有大量外部信息進(jìn)入，其接口必須豐富。而DSP是控制實(shí)現(xiàn)層，接受ARM指令，按相關(guān)協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)步行器的運(yùn)動(dòng)步態(tài)控制[5]。4.4步行器控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)初衷，我們采用集中控制方案，即用一個(gè)DSP處理器結(jié)合若干伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，然后DSP直接與ARM單對(duì)單通信。中央控制模塊中央控制模塊PC運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊ARM運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊ARM運(yùn)動(dòng)控制模塊DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊DSP伺服驅(qū)動(dòng)器+電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)器+電機(jī)圖5關(guān)節(jié)集中控制如圖5所示，控制系統(tǒng)分為中央控制模塊、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊，分別對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)程控制命令層、遠(yuǎn)程規(guī)劃層、控制實(shí)現(xiàn)層。其中中央控制模塊和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模塊可劃為上位機(jī)，而運(yùn)動(dòng)控制模塊以及下部分劃為下位機(jī)。上位機(jī)進(jìn)行高層分析及決策，涉及后續(xù)步行器合作、步行器圖像處理、步行器導(dǎo)航等研究，必須借助高級(jí)算法，通過(guò)研究智能化控制方法來(lái)使步行器具有自主分析能力。比較而言，下位機(jī)進(jìn)行關(guān)節(jié)控制，形成步態(tài)行走，這是整個(gè)控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)要完成的主要目標(biāo)。5步行器虛擬樣機(jī)的仿真與分析5.1步行器虛擬樣機(jī)的構(gòu)建應(yīng)用Pro/E和ADAMS建立步行器的虛擬樣機(jī)模型是一種高效、經(jīng)濟(jì)的研究方法。虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以比較快速的對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行分析，力求短時(shí)間內(nèi)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)一步改進(jìn)，降低設(shè)計(jì)成本，盡早投入市場(chǎng)。5.1.1基于ADAMS的虛擬樣機(jī)技術(shù)ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)是美國(guó)MDI公司的機(jī)械系統(tǒng)自動(dòng)化動(dòng)力學(xué)仿真軟件，現(xiàn)己并入美國(guó)MSC公司。目前，ADAMS己廣泛的應(yīng)用于制造業(yè)。其主要有3個(gè)基本的模塊，分別是ADAMS/View交互式圖形環(huán)境、ADAMS/Solver求解器模塊、ADAMS/Processor后處理模塊[6]。虛擬樣機(jī)技術(shù)(VirtualPrototypeTechnology)是當(dāng)前設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。依托于這項(xiàng)新技術(shù)，設(shè)計(jì)者們可以利用電腦來(lái)設(shè)計(jì)出所需產(chǎn)品的機(jī)械模型，然后選擇這項(xiàng)技術(shù)提供的各種的三維現(xiàn)實(shí)環(huán)境來(lái)進(jìn)行后續(xù)的仿真分析。待相應(yīng)的仿真結(jié)果出來(lái)后，反過(guò)來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品優(yōu)化和精化調(diào)整。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，新產(chǎn)品的開發(fā)首先需要明確設(shè)計(jì)概念和論證方案可行性，其次再設(shè)計(jì)產(chǎn)品。通常產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，需要制造試驗(yàn)樣機(jī)來(lái)進(jìn)行性能測(cè)試，但是有一些性能測(cè)試試驗(yàn)是破壞性的。在試驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了某些性能不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，又要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，然后再制造樣機(jī)試驗(yàn)。如此反復(fù)，直到性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)的要求。但是這個(gè)過(guò)程耗時(shí)太長(zhǎng)，成本太高，特別是對(duì)于于那些設(shè)計(jì)復(fù)雜的系統(tǒng)。在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，如此長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期和龐大的試驗(yàn)成本，顯然嚴(yán)重制約了產(chǎn)品的更新和市場(chǎng)的占有。虛擬樣機(jī)技術(shù)恰巧很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。眾所周知，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)是要遵循一定的物理規(guī)律，那么把這些物理的規(guī)律對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行定義和描述，機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)就會(huì)遵循相應(yīng)的物理規(guī)律運(yùn)動(dòng)。如此的組裝起來(lái)，就形成了虛擬樣機(jī)，而且計(jì)算機(jī)會(huì)告訴設(shè)計(jì)者機(jī)構(gòu)是如何運(yùn)動(dòng)的。其仿真結(jié)果會(huì)給設(shè)計(jì)質(zhì)量一個(gè)評(píng)價(jià)，之后再對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，如此反復(fù)。那么，前期設(shè)計(jì)階段己經(jīng)進(jìn)行了多項(xiàng)的修改和完善，然后制造出試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行后期試驗(yàn)，得到測(cè)試結(jié)果與電腦仿真結(jié)果對(duì)比。優(yōu)點(diǎn)是可以大大的縮短研制周期，減少試驗(yàn)成本，提高了產(chǎn)品研發(fā)的質(zhì)量和效率。因此，虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種可行、有效的研究方法。5.1.2虛擬樣機(jī)模型的建立在Pro/E中，建立零件的三維模型并完成整機(jī)模型的虛擬裝配。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，康復(fù)步行器的主要零件在Pro/E創(chuàng)建完后，采用傳統(tǒng)自底向上的裝配方式，完成康復(fù)步行器的整體的虛擬裝配[7]。在Pro/E中，需要設(shè)置單位為“minks”毫米千克秒，即選擇“編輯”一“設(shè)置”一“單位”一“minks"[8]。另外，在進(jìn)行虛擬裝配時(shí)考慮到各個(gè)構(gòu)件之間運(yùn)動(dòng)的相對(duì)位置關(guān)系，需注意適當(dāng)?shù)牧慵{(diào)整和排序，從而確定裝配關(guān)系和裝配順序，以減少后期的調(diào)整。將Pro/E中裝配的模型導(dǎo)入ADAMS中。在Pro/E中安裝Mechanical/Pro模塊，在此菜單中定義剛體，設(shè)置轉(zhuǎn)換精度及添加部分約束副等操作后，把修改后的模型另存為可以在ADAMS中讀取的文件類型IGS。這樣可以使得文件在導(dǎo)入ADAMS后，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，從而避免一些圖形元素的丟失。在ADAMS中對(duì)樣機(jī)模型進(jìn)一步的修改完善。在ADAMS中打開康復(fù)步行器的三維模型文件后，利用ADAMS提供的建模工具，對(duì)虛擬樣機(jī)模型的部分構(gòu)件進(jìn)行修改和完善，添加一些必要的約束和驅(qū)動(dòng)，定義模型接觸，邊界條件等，完各模型所必需的元素。虛擬樣機(jī)模型的檢查。待模型修改之后，需要進(jìn)一步的對(duì)系統(tǒng)檢六，如相鄰構(gòu)件之間接觸的定義是否止確，是否存在過(guò)約束和是否有一未定義的質(zhì)量構(gòu)件等，保證的所建立模型的準(zhǔn)確性，以增加后續(xù)仿真的準(zhǔn)確度。由于初期的設(shè)計(jì)階段沒(méi)有試驗(yàn)樣機(jī)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在仿真中主要憑借運(yùn)動(dòng)規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)常識(shí)從如下兒個(gè)方面來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證：(1)仿真運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng)機(jī)理是否符合設(shè)計(jì)要求，運(yùn)動(dòng)是否左右對(duì)稱；(2)運(yùn)動(dòng)中的受力情況與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相對(duì)比，是否符合常識(shí)性的力學(xué)分析；(3)相互對(duì)稱的結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中是否出現(xiàn)的曲線偏差較大等等。這樣可以在做出試驗(yàn)樣機(jī)之前，對(duì)于設(shè)計(jì)進(jìn)行反復(fù)修改完善，減少了試驗(yàn)樣機(jī)試驗(yàn)次數(shù)，既節(jié)省時(shí)間又節(jié)約成本。5.2基于ZMP理論的步行器的穩(wěn)定性分析在雙足步行器器人領(lǐng)域，機(jī)器人的行走穩(wěn)定性尤為重要。一般分為靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性兩種。由于靜態(tài)穩(wěn)定性考慮機(jī)器人在緩慢行走或者靜止的狀態(tài)，而忽略了其動(dòng)態(tài)性能，這樣就有一定的局限性。目前，研究者主要采用的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析，零力矩點(diǎn)(ZMP)理論是最常用的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析準(zhǔn)則。5.2.1零力矩點(diǎn)(ZMP)理論零力矩點(diǎn)(ZeroMomentPointZMP)理論是前南斯拉夫?qū)W者M(jìn).vukobratovic于1968年提出，它是關(guān)于步行器器人動(dòng)態(tài)平衡的理論[9]。在仿人步行器器人動(dòng)態(tài)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃與控制的研究方面，ZMP的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定判據(jù)仍然廣泛應(yīng)用，是分析仿人機(jī)器人穩(wěn)定行走的重要參考。下圖6給出了機(jī)器人足底所受作用力分布的例子。沿足底分布的負(fù)載具有相同的方向，他們等效于一個(gè)合力N，合力N所通過(guò)的在足底_丘的這個(gè)作用點(diǎn)被稱為零力知點(diǎn)，簡(jiǎn)稱ZMP。圖6零力知點(diǎn)示意圖零力矩點(diǎn)(ZMP)理一論有如下性質(zhì)：在步行中，零力矩點(diǎn)始終位十支撐腿的腳托與著地點(diǎn)所組成的有效支撐區(qū)域內(nèi)。這為后續(xù)的步行器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析提供了重要的依據(jù)。5.2.2康復(fù)步行器的穩(wěn)定性分析在分析步行器的運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要分為單腳支撐期和雙腳支撐明。雙腳支撐期，系統(tǒng)質(zhì)心在地面的投影在兩腳之間，在ZMP的支撐凸多邊形內(nèi)，如圖7支撐多邊形區(qū)域示意圖，能夠保證穩(wěn)定。單腳支撐期，ZMP在康復(fù)步行器腳托支撐的有效的凸多邊形內(nèi)，但是系統(tǒng)的質(zhì)，白在地面的投影可能會(huì)超出支撐多邊形區(qū)域，因此單腳支撐期動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析顯得尤為重要。圖7支撐多邊形區(qū)域示意圖為了對(duì)康復(fù)步行器進(jìn)行穩(wěn)足性分析，需要?jiǎng)?wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)明，使得問(wèn)題的探討更加方便，做出如下假設(shè)：系統(tǒng)不考慮繞Z軸產(chǎn)生的力矩和滑轉(zhuǎn)，只考慮其繞X軸、Y軸產(chǎn)生的力矩，