基于磁流变阻尼器的J型假肢阻尼缓冲分析

发布时间：2017-06-01 06:07

  本文关键词：基于磁流变阻尼器的J型假肢阻尼缓冲分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会与科技的发展，人们对残体（尤其是下肢残缺）人运动的连续性和敏捷性提出越来越高的要求，牢固、稳健、舒适的假肢是满足该需求的首选方案，且仿生假肢研究一直是拟人机器人与康复假肢研究的重要课题之一。近几年，仿生假肢结构研究取得显著成绩，但大多都从材料刚度和运动匹配性出发，并没从能量角度入手改善假肢综合性能。为在保证假肢敏捷性基础上，提高佩戴者的舒适度，本文提出小型磁流变阻尼器在J型假肢上安装的方案。通过分析健全下肢结构，以及不同行走状态地面反作用力的变化，探究了人体运动过程中下肢弹性刚度和阻尼等参数复杂的非线性特性，建立了基于磁流变阻尼器J型假肢的力学模型，从理论上验证该方案的可行性。 首先，，结合解剖学、人体运动生物力学等相关知识，说明人体下肢关节的缓冲减振机理，以及人体足弓在站立和行走时的储能作用和多节段趾骨形成的柔性弯曲储能结构。在此基础上构建了人体在不同运动状态的可压缩倒立摆模型。 其次，基于流体力学的知识，对安装器内的磁流变阻尼器的阻尼特性进行分析研究，并运用“伪刚体”理论对典型的柔顺弯曲储能的J型机构进行数学建模。 最后，在Matlab环境下进行数值计算，对比分析装有磁流变阻尼器的J型假肢和常用的软硅橡胶J型假肢在慢走、跑步、跳跃和跑步三种状态下的运动情况。计算数据表明，安装磁流变阻尼器的J型假肢在高速运动方面表现出优越缓冲减振特性。本研究可为假肢的生产与研究提供参考。
【关键词】：J型假肢 磁流变阻尼器 阻尼缓冲减振 冲击力
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB535.1;R318.17
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 概述8-9
• 1.2 仿生物假肢的研究进展9-14
• 1.2.1 木胶假肢10
• 1.2.2 聚胺酯材料假肢10
• 1.2.3 储能型假肢10-12
• 1.2.4 智能型假肢12-14
• 1.3 课题研究背景14-15
• 1.4 课题研究的意义15-16
• 1.5 本文的主要研究内容16-18
• 第二章 人体下肢的结构及阻尼缓冲原理18-32
• 2.1 概述18
• 2.2 自由下肢骨18-19
• 2.3 下肢的关节19-23
• 2.3.1 膝关节20-21
• 2.3.2 踝关节及韧带21-22
• 2.3.3 足弓22-23
• 2.4 下肢的骨骼肌23-26
• 2.4.1 肌肉信号的传递24
• 2.4.2 表面肌电信号的特征提取24-26
• 2.4.3 表面肌电信号的识别26
• 2.5 人体下肢阻尼缓冲系统模型26-30
• 2.5.1 垂直运动时阻尼缓冲系统模型27-28
• 2.5.2 非垂直运动时阻尼缓冲系统模型28-30
• 2.6 本章小结30-32
• 第三章 基于磁流变阻尼器的 J 型假肢的阻尼特性32-46
• 3.1 磁流变阻尼器的粘滞性阻尼特性32-39
• 3.1.1 磁流变阻尼器的结构及控制原理33
• 3.1.2 磁流变阻尼器的阻尼力33-35
• 3.1.3 磁流变阻尼器的粘滞阻尼系数 c35-39
• 3.2 J 型结构的等效旋转刚度39-44
• 3.2.1 弹性系数39-41
• 3.2.2 弯曲静力方程41-42
• 3.2.3 弯曲结构的物性方程42-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 仿真分析及结论46-56
• 4.1 数据收集及记录46-50
• 4.2 系统仿真50-52
• 4.2.1 系统参数50
• 4.2.2 人行走状态的参数50-51
• 4.2.3 系统仿真51-52
• 4.3 分析及结论52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 结论与展望56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 侯保林;;某火炮磁流变缓冲阻尼器的设计与分析[J];兵工学报;2006年04期

2 丰卫邦;;磁流变液技术研究现状[J];船电技术;2012年06期

3 周孔亢;陈可;黄俊明;刘咏萱;;行人下肢生物力学仿真及腿部仿形器研究现状[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2008年01期

4 杨广强,B.F SpencerJr,J.D.Carlson,M.K. Sain;足尺磁流变阻尼器的建模及动态特性[J];地震工程与工程振动;2001年S1期

5 张美珍;曲峰;;跑台和地面上跑动时的生物力学分析[J];北京体育大学学报;2011年11期

6 魏衍亮;;假肢专利成就“刀锋战士”[J];中国发明与专利;2008年10期

7 傅莉;程涛;;磁流变液及其在工程中的应用[J];沈阳航空航天大学学报;2011年01期

8 陈芳友;;应用于假肢的聚氨酯微孔材料[J];聚氨酯工业;1990年03期

9 徐赵东,沈亚鹏;磁流变阻尼器的计算模型及仿真分析[J];建筑结构;2003年01期

10 解慧琪,杨志明;组织工程肌腱研究进展[J];基础医学与临床;2001年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 谢晨斌;下肢肌肉力量对冲击振动在人体中传递的影响[D];上海体育学院;2011年

2 徐文良;智能下肢假肢的多运动模式自适应控制[D];杭州电子科技大学;2009年

3 张晓;表面肌电信号的动作模式辨识[D];上海交通大学;2008年

4 沈志华;工作状态下磁流变阻尼器的力学特性研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

5 张建锐;大变形柔顺仿生足的刚度特性研究[D];燕山大学;2009年

  本文关键词：基于磁流变阻尼器的J型假肢阻尼缓冲分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：411842