基于电液直驱技术的人工踝关节控制策略研究

发布时间：2020-06-19 04:14

【摘要】：全球有数百万人患有下肢疾病。被动式踝关节假肢不能够完全实现踝关节功能。在市场上很少有主动式踝关节假肢,其在站立阶段可以比现有的被动式踝关节假肢提供更好的支撑功能,但它们的功率较小不足以支撑人体重量。本文提出了一种采用电液直驱技术的主动式踝关节假肢。这样做的目的是在步态周期中提供足够的踝关节力矩,即在动力跖屈(PF)和摆动阶段(DF)。在步态的其余部分,踝关节假肢驱动系统可以被动地操作,并具有可控阻尼。研制了一种主动式踝关节假肢。采用150瓦无刷直流电机驱动1.26 cc/Rev双向齿轮泵。这个踝关节PF和DF的阻尼比由旁路节流阀控制。假肢依靠插座式交流电源供电。对健康人踝关节步行特性进行了试验研究。脚踝传感器信号为控制器提供设计依据。提出了一种采用压力传感器(FSR)信号检测脚跟着地的独特控制策略的定时控制方法。步态中期站立时间延迟被添加在脚跟着地的末端和动力跖屈初始阶段之间。此延迟时间长度可调整以适应不同的行走速度。分层控制策略旨在确保控制系统在转换到不同模式时的性能。有限状态机逻辑被实现为控制算法,其在四种主要人体姿态(坐,站,跺脚,步行模式和步态周期中的步态阶段)之间转换时相当有效。开发了联合仿真模型来帮助分析电液直驱动力人工脚踝的性能特征。这包括无刷直流电机模型和泵控缸系统模型。AMESim与Simulink相结合,实现了联合仿真。主要控制部分是在Simulink中设计的。
【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】：TH789

【参考文献】

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本文编号：2720290