基于映射模型的假肢膝关节控制方法研究

发布时间：2017-10-15 03:23

  本文关键词：基于映射模型的假肢膝关节控制方法研究

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【摘要】：随着我国下肢截肢患者的日益增多，智能假肢的结构与控制方法的研究与开发工作的意义也逐步凸显。一方面将微电子技术，计算机控制技术，智能控制技术，机械设计以及生物医学工程技术和仿生技术等融合在一起，研发出达到世界先进水平的智能假肢，具有深远的意义；另一方面由于国外假肢产品大多数价格昂贵，我国普通民众难以接受。通过加大对智能假肢的研究，，降低假肢产品的价格，帮助他们像正常人一样生活、学习和工作，恢复信心，具有显著的现实意义。 目前世界上一些发达国家和地区为了弥补截肢患者的肢体缺损，已经研制和生产了种类繁多的假肢产品，但国内在假肢方面的研究和上述地区相比差距较大。本文从假肢膝关节的结构和控制方法入手，对智能假肢展开研究： （一）针对健康人体的行走进行步态采集实验，并对不同健康测试者运动步态的采集与分析。 （二）提出一种仅基于健侧膝关节角度和踝关节角度的下肢步态相位判断方法，建立膝关节映射数学模型，并据此设计假肢膝关节的映射控制方法。 （三）设计主动式膝关节模型样机，搭建控制系统实验平台。针对提出的步态相位判断方法和映射控制方法进行仿真和实验。 本文设计了一种主动式假肢膝关节，降低了行走过程中的能量消耗；提出了一种仅基于健侧膝关节角度和踝关节角度的下肢步态判断方法，减少了传感器的数量和种类，降低了计算的复杂程度；建立膝关节的映射数学模型，对膝关节的运动进行定量分析，提高了下肢在行走过程中的步态对称性；最后通过映射控制实验对所做工作进行验证，实验结果良好的说明了膝关节模型样机与映射控制方法的合理性与可行性。
【关键词】：智能假肢 主动膝关节 步态相位 映射控制
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.17;TP273
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究现状10-15
• 1.2.1 假肢膝关节结构10-12
• 1.2.2 假肢控制方法12-14
• 1.2.3 国内假肢研究现状14-15
• 1.3 研究意义15
• 1.4 研究内容15-17
• 第二章 人体步态分析17-26
• 2.1 步态信息采集17-21
• 2.1.1 Motion analysis 运动捕捉系统17-18
• 2.1.2 步态信息采集实验18-21
• 2.2 下肢运动规律21-26
• 2.2.1 步态周期规律21-24
• 2.2.2 步态相位24-26
• 第三章 映射控制方法26-44
• 3.1 下肢步态相位判断方法26-30
• 3.1.1 实验数据分析26-27
• 3.1.2 膝关节步态相位判断方法27-29
• 3.1.3 下肢步态相位判断算法验证29-30
• 3.2 膝关节运动建模30-36
• 3.2.1 数学建模方法31-34
• 3.2.2 膝关节运动数学模型34-35
• 3.2.3 假肢膝关节映射关系35-36
• 3.3 膝关节运动映射数学模型36-39
• 3.4 三种映射数学模型的拟合性能比较39-44
• 第四章 映射控制方法仿真与实验44-59
• 4.1 假肢膝关节本体44-46
• 4.2 假肢膝关节控制系统实验平台46-54
• 4.2.1 实验系统硬件46-47
• 4.2.2 实验系统软件47-54
• 4.3 假肢膝关节的映射实验54-59
• 4.3.1 角度处理系统54-55
• 4.3.2 映射控制方法55-56
• 4.3.3 映射控制实验56-59
• 第五章 总结59-60
• 参考文献60-64
• 攻读学位期间发表或撰写的论文64-65
• 致谢65-66

【参考文献】

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本文编号：1034812