全模式施力器的设计及其动态特性研究
发布时间：2021-05-10 13:54
在康复医疗和体育健身领域,肌力测评是准确评估病人或运动员当前的肌力水平并据此制定康复、训练计划的基本环节,提高肌力训练效率对于病人和运动员来说至关重要。另外,老年人肌力衰弱问题需要切实关注,全民健身运动也需要科学高效的训练方法。现有的肌力测评及训练设备主要由国外垄断,高昂的价格和维护费用使得只有少数城市的中心医院及科研院所配备,并且单次使用成本居高不下。因此,研制开发满足肌力测评和训练要求、同时成本较低的全模式施力器不仅具有研究意义,也有广泛的市场前景。因此,本论文通过深入研究肌力测评及训练原理,为全模式施力器的设计提供了医学生理学理论基础,并由此提出全模式施力器需具备的功能要求及性能参数。根据这些功能和参数,探讨了全模式施力器的实现方式并选择交流伺服电机作为全模式施力器的执行元件。通过研究伺服电机的控制原理和性能调整参数,为全模式施力器的设计尤其是控制算法的设计奠定理论基础。进一步,通过搭建以PLC为上位机控制伺服驱动器及伺服电机,以扭矩传感器作为反馈元件检测实时扭矩,以触摸屏实现人机交互的全模式施力器,实现了等张、等长、被动、等速四种训练模式。针对全模式施力器的器转矩、速度波动等问...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外动态
1.3 研究目的与内容
第二章 肌力测评与训练原理
2.1 肌肉的收缩
2.1.1 等长收缩
2.1.2 等张收缩
2.1.3 等速收缩
2.1.4 肌肉收缩形式比较
2.2 全模式施力器的功能要求
2.2.1 总体功能
2.2.2 等长训练模式
2.2.3 等张训练模式
2.2.4 等速训练模式
2.2.5 被动训练模式
2.3 全模式施力器的性能指标
2.4 实现方式探讨
2.5 本章小结
第三章 全模式施力器设计
3.1 伺服电机系统
3.2 伺服电机控制原理
3.3 伺服电机性能调整参数
3.3.1 位置比例增益参数Kpp的影响
3.3.2 速度驱动单元PID控制器
3.4 全模式施力器系统构成
3.4.1 系统构成
3.4.2 电气结构
3.5 全模式施力器控制算法
3.5.1 机器转矩算法
3.5.2 等长训练模式控制算法
3.5.3 等张训练模式控制算法
3.5.4 被动训练模式控制算法
3.5.5 等速训练模式控制算法
3.6 施力器测试
3.7 人机交互界面HMI设计
3.8 本章小结
第四章 施力器的测试与改进
4.1 施力器测试实验台
4.1.1 施力器测试实验台设计方案
4.1.2 施力器实验台机械结构
4.2 施力器性能测试
4.2.1 等长训练模式测试
4.2.2 等张训练模式测试
4.2.3 被动训练模式测试
4.2.4 等速训练模式测试
4.3 伺服电机调整
4.3.1 免调整功能
4.3.2 自动调整功能
4.3.3 自定义调整
4.3.4 手动调整
4.4 施力器测试实验台所测参数
4.5 本章小结
第五章 成果与展望
5.1 论文完成的工作
5.2 课题研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Biodex动静态平衡测试和训练系统改善帕金森病患者平衡功能的康复效果[J]. 于小明,周欢霞,王宏林,蒋黎明,詹青. 神经病学与神经康复学杂志. 2016(03)
[2]Effect of Chinese massage（Tui Na） on isokinetic muscle strength in patients with knee osteoarthritis[J]. Zhu Qingguang,Li Jianhua,Fang Min,Gong Li,Sun Wuquan,Zhou Nan. Journal of Traditional Chinese Medicine. 2016(03)
[3]等速肌力测试膝、踝关节及腰背肌力量的评价[J]. 宋爱晶,邓京捷,吕晓红,张援. 中国组织工程研究. 2015(46)
[4]BIODEX动静态平衡训练仪对脑卒中偏瘫患者平衡功能和步行能力恢复的影响[J]. 司徒杏仙,王玉龙,潘巍一,王尧,魏伟峰. 安徽医药. 2015(10)
[5]等速肌力测试与训练技术在肌肉功能评定中的研究进展[J]. 黄婷婷,范利华,高东,夏晴,张敏. 法医学杂志. 2013(01)
[6]等速肌力测试与训练技术的研究进展[J]. 黄志平,尹彦,刘敏,黄中校,杨小英,苏玉林. 体育科技. 2011(04)
[7]PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J]. 吕品. 自动化仪表. 2010(08)
[8]下肢残肢功能综合训练系统的研发[J]. 陶春静,张晓玉. 医用生物力学. 2009(04)
[9]PLC控制系统模拟量信号的数值整定[J]. 卢建洲. 电工技术. 2009(06)
[10]利用PLC模拟量控制伺服电机转速[J]. 苗涛,曹云东. 科技信息(科学教研). 2008(07)
博士论文
[1]下肢康复训练机器人控制策略与康复评价方法研究[D]. 白殿春.沈阳工业大学 2011
[2]下肢康复训练机器人关键技术研究[D]. 张晓超.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]等速肌力训练对偏瘫患者步行能力的影响[D]. 宋高坡.天津医科大学 2016
[2]交流永磁同步伺服电机控制系统研究[D]. 岳路.大连海事大学 2015
[3]下肢康复训练机器人设计与研究[D]. 张冰.长春工业大学 2015
[4]等速肌力训练系统对膝关节骨性关节炎的康复应用研究[D]. 燕军成.大连医科大学 2015
[5]永磁同步伺服电机控制策略的仿真及对比研究[D]. 周扬.哈尔滨理工大学 2014
[6]双轴伺服电机控制系统[D]. 李凯.哈尔滨理工大学 2014
[7]卧式下肢康复训练机器人[D]. 方涛涛.河南科技大学 2013
[8]下肢康复训练机器人人机交互系统的设计与实现[D]. 尹鹏飞.合肥工业大学 2013
[9]交流永磁伺服电机的矢量控制研究[D]. 郭韩金.华北电力大学 2013
[10]躯干等速旋转运动中核心肌力学特征的研究[D]. 刘夏.南方医科大学 2013
本文编号：3179479
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外动态
1.3 研究目的与内容
第二章 肌力测评与训练原理
2.1 肌肉的收缩
2.1.1 等长收缩
2.1.2 等张收缩
2.1.3 等速收缩
2.1.4 肌肉收缩形式比较
2.2 全模式施力器的功能要求
2.2.1 总体功能
2.2.2 等长训练模式
2.2.3 等张训练模式
2.2.4 等速训练模式
2.2.5 被动训练模式
2.3 全模式施力器的性能指标
2.4 实现方式探讨
2.5 本章小结
第三章 全模式施力器设计
3.1 伺服电机系统
3.2 伺服电机控制原理
3.3 伺服电机性能调整参数
3.3.1 位置比例增益参数Kpp的影响
3.3.2 速度驱动单元PID控制器
3.4 全模式施力器系统构成
3.4.1 系统构成
3.4.2 电气结构
3.5 全模式施力器控制算法
3.5.1 机器转矩算法
3.5.2 等长训练模式控制算法
3.5.3 等张训练模式控制算法
3.5.4 被动训练模式控制算法
3.5.5 等速训练模式控制算法
3.6 施力器测试
3.7 人机交互界面HMI设计
3.8 本章小结
第四章 施力器的测试与改进
4.1 施力器测试实验台
4.1.1 施力器测试实验台设计方案
4.1.2 施力器实验台机械结构
4.2 施力器性能测试
4.2.1 等长训练模式测试
4.2.2 等张训练模式测试
4.2.3 被动训练模式测试
4.2.4 等速训练模式测试
4.3 伺服电机调整
4.3.1 免调整功能
4.3.2 自动调整功能
4.3.3 自定义调整
4.3.4 手动调整
4.4 施力器测试实验台所测参数
4.5 本章小结
第五章 成果与展望
5.1 论文完成的工作
5.2 课题研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]Biodex动静态平衡测试和训练系统改善帕金森病患者平衡功能的康复效果[J]. 于小明,周欢霞,王宏林,蒋黎明,詹青. 神经病学与神经康复学杂志. 2016(03)
[2]Effect of Chinese massage（Tui Na） on isokinetic muscle strength in patients with knee osteoarthritis[J]. Zhu Qingguang,Li Jianhua,Fang Min,Gong Li,Sun Wuquan,Zhou Nan. Journal of Traditional Chinese Medicine. 2016(03)
[3]等速肌力测试膝、踝关节及腰背肌力量的评价[J]. 宋爱晶,邓京捷,吕晓红,张援. 中国组织工程研究. 2015(46)
[4]BIODEX动静态平衡训练仪对脑卒中偏瘫患者平衡功能和步行能力恢复的影响[J]. 司徒杏仙,王玉龙,潘巍一,王尧,魏伟峰. 安徽医药. 2015(10)
[5]等速肌力测试与训练技术在肌肉功能评定中的研究进展[J]. 黄婷婷,范利华,高东,夏晴,张敏. 法医学杂志. 2013(01)
[6]等速肌力测试与训练技术的研究进展[J]. 黄志平,尹彦,刘敏,黄中校,杨小英,苏玉林. 体育科技. 2011(04)
[7]PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J]. 吕品. 自动化仪表. 2010(08)
[8]下肢残肢功能综合训练系统的研发[J]. 陶春静,张晓玉. 医用生物力学. 2009(04)
[9]PLC控制系统模拟量信号的数值整定[J]. 卢建洲. 电工技术. 2009(06)
[10]利用PLC模拟量控制伺服电机转速[J]. 苗涛,曹云东. 科技信息(科学教研). 2008(07)
博士论文
[1]下肢康复训练机器人控制策略与康复评价方法研究[D]. 白殿春.沈阳工业大学 2011
[2]下肢康复训练机器人关键技术研究[D]. 张晓超.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]等速肌力训练对偏瘫患者步行能力的影响[D]. 宋高坡.天津医科大学 2016
[2]交流永磁同步伺服电机控制系统研究[D]. 岳路.大连海事大学 2015
[3]下肢康复训练机器人设计与研究[D]. 张冰.长春工业大学 2015
[4]等速肌力训练系统对膝关节骨性关节炎的康复应用研究[D]. 燕军成.大连医科大学 2015
[5]永磁同步伺服电机控制策略的仿真及对比研究[D]. 周扬.哈尔滨理工大学 2014
[6]双轴伺服电机控制系统[D]. 李凯.哈尔滨理工大学 2014
[7]卧式下肢康复训练机器人[D]. 方涛涛.河南科技大学 2013
[8]下肢康复训练机器人人机交互系统的设计与实现[D]. 尹鹏飞.合肥工业大学 2013
[9]交流永磁伺服电机的矢量控制研究[D]. 郭韩金.华北电力大学 2013
[10]躯干等速旋转运动中核心肌力学特征的研究[D]. 刘夏.南方医科大学 2013
本文编号：3179479
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