第一章 引言

1.1课题的背景

    古往今来成百上千万人因为战争、疾病、工伤、交通事故及意外伤害而被截肢。特别是近年来随着工业、交通事业的迅速发展这一数字正以惊人的速度增加。根据全国残疾人抽样调查结果显示目前我国现有肢体残疾人约6000万其中下肢残疾者达到600 万。一项研究表明仅美国每年就有近11 万人失去下肢对于他们来说由于失去了人类最基本的行走功能拥有一具控制自如的假肢是一件梦寐以求的事情这种假肢将成为人体的一部分而不仅仅是身体的附属品。随着经济的发展我国人民生活水平的提高残疾人对于生活质量的要求十分迫切。人工智能、计算机、信息、控制、康复医学工程等技术的发展使肢体“再造”的梦想将成为现实。同时国外智能下肢假肢产品的价格由于种种原因与国内残疾人整体的可接受范围相距甚远完全依靠国外产品满足国内残疾人的需要,在近期希望渺茫。

将当代先进的智能控制技术、计算机技术、微电子技术、机械设计与制造技术、新材料技术与生物医学工程和康复医学工程技术融合在一起研究真正意义上的智能下肢假肢使截肢者能以极为接近正常人的自然步态行走这对于帮助他们重新回归社会主流、象正常人一样生活、学习和工作对减轻社会负担同时对填补我国在此研究领域的空白、对促进我国康复医学工程技术的发展无疑都具有极其重要的意义。

1.2假肢的发展历史

     假肢，在现代也称“义肢”，是供截肢者使用以代偿缺损肢体部分功能的人造肢体，有上肢假肢和下肢假肢之分。

我国最早的假肢出现在春秋战国时期，因为当时大批人受到一种酷刑——“刖刑”的残害，这种刑罚是砍掉犯罪者的双脚，相应的假肢也就出现了。有一则史料记载：齐景公厚赋重刑，对那些交不起赋税的人统统施以刖刑，结果城门外出现了专门卖假肢的摊贩，甚至买假肢的比买鞋子的人还多。假肢最早的确切例证由“历史之父”希罗多德记载。这涉及一位名叫赫吉西斯特拉图斯的希腊人。波斯军队在公元前479年的普拉蒂亚战役之前入侵希腊，当时他就在这支军队中充任占卜师。他担任这项职务主要是出于他对波斯人的对手斯巴达人的深重仇恨。原来，在这场战役之前，斯巴达人曾抓到赫吉西斯特拉图斯，用夹具夹住他的一只脚，将他投入监牢，准备处死他。赫吉西斯特拉图斯找到了一把刀子，割去那只脚的前半部分，然后逃出牢狱。后来他得到了一只特地制作的木脚。正是靠着这件替代物品，赫吉西斯特拉图斯参加了普拉蒂亚战役。

    在20世纪六十年代前后，俄国己研制成功用肌肉电信号控制具有动力系统的单自由度度假肢手，这标志着假肢研发进入了一个全新阶段，即用人体生理信号控制的具有外源动力的多功能假肢手，之后美国也完成了多自由度小臂假肢的研发。当今采用橡胶覆盖表面的多自由度生机电假肢己被广泛开发出来。随着科学技术的进步以及工业体系的全面发展，如今又肌肉电信号控制，声音控制和视觉控制的假肢手臂己被广泛应用。

1.3国内外研究情况

    2001年，波士顿数字控制系统手臂被开发出来，该系 统采用微处理器技术为截肢患者提供高性能的假肢手臂和方便病人的调整手臂姿势。它除了可以控制假肢肘关节自身的运动外，还可以控制四个其他的假肢关节装置，如手掌动作、手腕动作、肩部动作、回旋器动作等。终端设备可以兼容奥托博克电动手、Centri电动手、Steeper电动手、奥托博克夹持手、电动铁钩等一系列末端执行机构。同时波士顿数字臂系统有个评估系统，它可以评估截肢病人的肌肉对假肢手臂的适应性，以及截肢病人最常用的假肢动作控制策略，并逐渐学习截肢病人感到最舒适的运动方案。   

    2007年，美国国防部的高级计划研究机构(DARPA)花巨资资助并启动研究课题，这个项目启动目的在于研发出新一代的假肢，此假肢手要求功能灵活，肢体感受能力大致和正常人体一致的生机电假肢，整个项目由约翰霍普金斯大学牵头负责，项目小组人员来自全世界各地20

多个学术科研就够。项目组要求在2009年之前有初步成果，届时开发出来的全新生机电假肢要求结构外形与人体手臂相似，活动自由度和人体手臂一样，触觉感觉灵敏度基本接近人体要求。目前，DAPRA的研究员己经制作出来全新一代假肢Protol，最具有里程碑意义的是它能够反馈物体放在假肢上的感觉，就像真的拿在自己手中一样。对于整个国内的假肢研究情况来说，假肢技术落后发达国家半个世纪，中国最早是上个世纪60年代末，由中国国家科学院把生肌

电假肢手作为开创性研究科目来展开过科研工作。80年代开始后，国内科研组织机构在民政部门的组织规划下开始有体系地研发生肌电假肢，并且把科研工作提高到了一个更高的水准。之后一直到上个世纪末，国内才有大量科研单位试验生物肌电信号控制的上肢假肢的科研工作，目前这个领域内的科研工作主要集中在北京、上海等地区的高校和研究机构。