基于磁流变阻尼器的动力型智能假肢动力特性分析

发布时间：2017-05-21 21:01

  本文关键词：基于磁流变阻尼器的动力型智能假肢动力特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会的发展,越来越多的人因交通事故、自然灾害、战争或者疾病造成截肢。假肢能够代偿截肢者的部分运动能力,对大腿截肢者回归正常生活、重拾生活信心意义重大。但是目前的假肢产品性能较为一般,很难满足截肢者对假肢的要求。本文就以提高智能假肢行走的步态美观性及其应对复杂运动的能力为目的,提出了使用四连杆膝关节和混合驱动模式的智能假肢结构。并通过理论和仿真研究,验证了智能假肢的步态美观性及其复杂运动下的性能。进行了智能假肢结构的优化。针对步态美观性的要求,选用了四连杆膝关节作为假肢的膝关节结构。建立了四连杆膝关节的和大、小腿参数的优化函数,采用非线性优化方法进行了优化设计。确定了以磁流变阻尼器为主,直流伺服电机为辅的假肢膝关节混合驱动形式,并根据能耗最低原则建立了膝关节力矩的分配方式。借鉴仿人机器人的步态规划和动力学建模方法,建立了智能假肢的运动学模型,并选用劳斯方程建立了其动力学模型。对运动学和动力学模型进行了求解,根据求解结果对假肢步态进行了规划,对磁流变阻尼器和电机等元器件参数进行了选择。搭建了磁流变阻尼器的测试系统,对磁流变阻尼器进行了动力特性测试。采用BP神经网络和ANFIS技术分别建立了磁流变阻尼器的正向模型和逆向控制器模型,并根据测试数据,对磁流变阻尼器的正向和逆向模型进行了学习训练。选择性能最佳的磁流变阻尼器正向模型和控制器模型建立了磁流变阻尼器系统模型,并对系统模型的精确性进行了验证。搭建了智能假肢的虚拟样机联合仿真平台,对智能假肢在平地行走、上楼梯、下楼梯、下斜坡等不同运动状态下的运动进行了仿真。仿真结果表明,运用了磁流变阻尼器的动力型智能假肢在平地行走时具有很高的步态美观性,并且能够完成上楼梯、下楼梯和下斜坡这几个复杂的运动,具有很高的路况适应性。
【关键词】：智能假肢 步态美观性 磁流变阻尼器 混合驱动 联合仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R496;TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 智能假肢国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 磁流变阻尼器研究现状12-16
• 1.3.1 磁流变阻尼器简介12-14
• 1.3.2 磁流变阻尼器的发展及应用14-16
• 1.4 论文主要研究内容16-18
• 第2章 智能假肢结构优化设计18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 智能假肢膝关节结构选型18-20
• 2.3 智能假肢结构参数优化20-28
• 2.3.1 四连杆膝关节参数优化21-23
• 2.3.2 大小腿参数优化23-25
• 2.3.3 智能假肢驱动形式的确定25-28
• 2.4 智能假肢控制系统介绍28-29
• 2.4.1 智能假肢总体控制流程28-29
• 2.4.2 智能假肢混合驱动控制29
• 2.5 本章小结29-30
• 第3章 智能假肢运动学与动力学分析30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 人体步态描述30-31
• 3.3 智能假肢运动学分析31-35
• 3.3.1 运动学建模31-33
• 3.3.2 运动学求解33-35
• 3.4 智能假肢动力学分析35-43
• 3.4.1 动力学建模方法的选择35
• 3.4.2 动力学建模35-41
• 3.4.3 动力学求解41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 面向智能假肢的磁流变阻尼器模型研究44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 磁流变阻尼器动力特性测试44-49
• 4.2.1 磁流变阻尼器选用45
• 4.2.2 磁流变阻尼器测试45-46
• 4.2.3 磁流变阻尼器测试结果46-49
• 4.3 磁流变阻尼器正模型的建立与评价49-55
• 4.3.1 磁流变阻尼器正模型的建立49-54
• 4.3.2 磁流变阻尼器正模型的评价54-55
• 4.4 磁流变阻尼器逆模型的建立与评价55-59
• 4.4.1 磁流变阻尼器逆模型的建立55-58
• 4.4.2 磁流变阻尼器逆模型的评价58-59
• 4.5 磁流变阻尼器系统模型的建立与评价59-61
• 4.5.1 磁流变阻尼器系统模型的建立59
• 4.5.2 磁流变阻尼器系统模型的评价59-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 智能假肢虚拟样机仿真研究62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 虚拟仿真技术简介62-64
• 5.3 智能假肢仿真平台的搭建64-66
• 5.3.1 基于Solidedge的虚拟样机建模64-65
• 5.3.2 基于ADAMS的动力学建模65
• 5.3.3 基于Simulink的控制系统建模65-66
• 5.4 智能假肢不同运动形式的仿真66-72
• 5.4.1 平地行走66-68
• 5.4.2 上楼梯68-70
• 5.4.3 其他运动状态70-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-78
• 攻读学位期间发表的学术论文78-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：384797