机械假腿的建模与控制

发布时间：2021-07-19 17:49

　　从古至今,由于战争,工作事故和疾病等原因导致腿部截肢的人一直是一个比例很大的社会群体。随着截肢患者的比例逐渐增高,为了摆脱很多生活不便,各种辅助设施对于他们的生活是一种必不可少的存在。基于改善腿部截肢患者日常生活这样一个目的,本文以机械假腿为研究对象,开展了机械假腿的设计和研究工作。本文首先对人类腿部运动过程进行了分析,确定了正常人类的行走模式。之后利用拉格朗日法建立了关于人体假腿运动的动力学模型,此模型为机械假腿系统的数学模型,将在机械假腿系统的设计分析中得到应用。根据人类腿部运动规律,本文设计了一个机械假腿实验模型,并进行了加工和组装。该机械假腿由髋关节,大腿,膝关节和小腿等组成。髋关节的控制由直流电机驱动,旋转编码器作为位置传感器,构成闭环控制系统。膝关节工作在制动状态,安装了一个液压盘式制动器,液压盘式制动器由伺服电机驱动。对于机械假腿的运动系统,本文利用Simulink软件首先对髋关节和膝关节进行了基于传统PID控制的运动系统仿真,然后用模糊PD控制对膝关节进行了系统仿真,仿真结果表明系统有较好的随动特性。本文最后进行了机械假腿控制系统设计,控制系统的采用笔记本电脑作为控制器... 

【文章来源】：大连交通大学辽宁省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

OttoBock型腿Fig1.1OttoBockC-leg测定关节的变换角度

图 1.2 气压阻尼器型假腿Fig 1.2 Pneumatic damper prosthetic leg了一种经济，轻便并且稳定的机械假腿。这项构由直流电机来控制，从而使其能够达到所需的原型图。电机和滚珠丝杠一并整合到系统中动滚珠丝杠的运动。整套系统的主要花费部分都非常经济。整体的设计是一个非常简单的系

这个机构由直流电机来控制，从而使其能够达到所需要的屈曲角度。如图1.3 所示，这项装置的原型图。电机和滚珠丝杠一并整合到系统中。齿轮由电机的旋转带动其运动，从而带动滚珠丝杠的运动。整套系统的主要花费部分是由金属材料和执行机构，而这两项部分都非常经济。整体的设计是一个非常简单的系统，减少了开销并且提高了稳定性[4]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]建国以来我国假肢的发展[J]. 罗永昭,孙为.  中国矫形外科杂志. 2009(17)
[2]新型仿生膝关节的机构设计与仿真研究[J]. 杨义勇,王人成,王延利,金德闻,田尚云.  中国机械工程. 2008(01)
[3]现代假肢中新结构、新材料和新工艺[J]. 张晓玉.  中国临床康复. 2002(20)
[4]六连杆假肢膝关节优化设计[J]. 张瑞红,金德闻,张济川.  中国康复医学杂志. 1999(04)



本文编号：3291148