基于电液直驱技术的动力人工脚踝研究

发布时间：2020-06-06 21:52

【摘要】：全世界有数百万人正经受着下肢损伤的痛苦,现有的被动式踝关节假肢大多依靠弹性元件进行能量存储以及释放,可以为人体提供简单的支撑功能,不能够完全实现人体踝关节的功能,并且会导致人体步态的不对称。同时,考虑到电液直驱系统功率密度比大、效率高、结构紧凑、便携性高的优点,将其应用于主动式踝关节假肢中。本文根据正常人体踝关节的功能及特点,旨在设计出一款可以帮助膝下截肢患者实现所有步态功能的踝关节假肢,保证其正常生活、工作能力。本文主要进行了如下研究:对正常人体行走时踝关节运动机理、运动学及生物力学特性进行分析,完成踝关节步态相位划分,明确设计指标。根据所要完成的功能,进行驱动方式的选择、动力人工脚踝的运动学分析以及液压部分原理的分析,完成了动力人工脚踝系统的总体建模。对动力人工脚踝电液直驱系统进行建模分析,主要包括无刷直流电机调速系统以及泵控缸系统的模型,进而完成了主动阶段系统模型的搭建,分析了系统的稳定性以及主要参数对系统的影响,并对被动及主动阶段进行仿真分析。根据动力人工脚踝的运动特性进行控制策略的研究,上层控制采用有限状态控制机,对人体正常行走时控制跖屈阶段的脚跟着地进行识别,分析了可能引起误判的因素及避免误判方法,确定出电机开启时刻及换向时刻,实现了人体多种姿态的有效识别。下层控制方法基于电液直驱系统的时滞性及非线性的特点,运用模糊PID方法,并通过仿真分析,发现性能有所提高。搭建动力人工脚踝系统实验台,制定实验方案,对动力人工脚踝进行台架实验以及行走实验,对系统性能进行分析,验证了将电液直驱技术应用于动力人工脚踝的可行性和控制系统的性能以及有限状态控制机的正确性。
【图文】：

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文协调。文旨在通过动力人工脚踝系统的设计，帮助膝下截肢患者实现正常他们能够像正常人一样生活、学习、工作，具有较高的社会价值。液直驱技术的动力人工脚踝系统的研究，涉及到多个学科的融合，术价值。内外踝关节假肢的研究现状国外踝关节假肢的研究现状本大阪大学对被动式踝关节假肢进行研究，如图 1-1 所示，根据常规假肢与健肢不能协调运动的问题提出改进策略。采用可根据磁场变度的磁流变油液，使其充满液压油缸，在活塞处安装线圈，如图 1-2关节角度变化的需求，调节线圈内通电电流，进而改变磁流变油液的关节运动阻尼可变的目的，弥补了传统被动式踝关节假肢不能与健缺陷。

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本大阪大学对被动式踝关节假肢进行研究，如图 1-1 所示，，根据常规被动假肢与健肢不能协调运动的问题提出改进策略。采用可根据磁场变化调度的磁流变油液，使其充满液压油缸，在活塞处安装线圈，如图 1-2 所关节角度变化的需求，调节线圈内通电电流，进而改变磁流变油液的粘度关节运动阻尼可变的目的，弥补了传统被动式踝关节假肢不能与健肢协缺陷。图 1-1 大阪大学踝关节假肢
【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】：2018
【分类号】：TH77

【参考文献】