假肢膝关节磁流变阻尼器的多目标优化设计与分析

发布时间：2024-03-12 05:38

　　为解决目前应用于假肢膝关节的磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)存在的问题,通过建立假肢膝关节磁流变阻尼器结构参数与优化目标之间的关系模型;以磁流变阻尼器的低功耗化及轻量化为优化目标,采用多目标遗传算法对其关键几何尺寸进行优化,分析各参数对优化目标的影响,并得出最优化的解。研究结果表明:优化过后的假肢膝关节磁流变阻尼器的体积及功耗分别减小了21%和36%,同时其输出阻尼力并没有受到影响;阻尼器的功耗优化与体积优化之间存在相互制衡关系,因此在寻求最优解时,应考虑实际情况的需要,选择最为合理的参数。

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【部分图文】：

图1集成磁流变阻尼器的假肢膝关节示意图

智能假肢膝关节如图1所示,将假肢膝关节四连杆机构直接集成在磁流变阻尼器上,使之成为一个整体,大大减小了假肢膝关节的占用空间。活塞杆通过连杆与四连杆机构的驱动摇杆相连接,用来接受与传递来自人体的作用力。当假肢膝关节处于正常运动时,活塞在人体压力的作用下沿内缸壁滑动,磁流变液将在活塞....

图2磁流变阻尼器的结构示意图

假肢膝关节磁流变阻尼器采用了双出杆结构型式,因此不需要采用蓄能器。其中磁流变液工作于剪切模式,其结构示意图如图2所示。磁流变阻尼器由活塞杆、活塞、线圈和外缸体等组成,在磁流变阻尼器的内部充满了磁流变液。阻尼器的活塞上设有线圈,当线圈通电时,在环形间隙中将产生作用于磁流变液的磁场。....

图3磁流变阻尼器优化模型示意图

图2磁流变阻尼器的结构示意图磁流变阻尼器的阻尼力[11]计算公式如式(1)所示:

图4等效磁阻模型

在磁路设计中,降低磁阻是提高磁效率的关键。磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用,根据高斯定理,闭合磁回路中各区域磁通量相等,因此磁阻小则磁场能量消耗小。磁路设计是磁流变阻尼器设计过程中极其重要的一部分,其中活塞绕线处的尺寸、线圈匝数的确定是磁路设计的关键[12]。建立等效磁路模....

本文编号：3926623