面向下假肢的磁流变阻尼器及其控制仿真研究

发布时间：2021-05-17 16:53

　　随着汽车已越来越普及,带来的交通事故也越来越多。加之其他的原因如意外事故和局部战争等,致使身体残疾的人口数量巨大,下肢残疾者又占截肢者中的大部分。下假肢可以在一定程度上恢复下肢截肢者的行动能力,是下肢截肢者的重要辅助工具。磁流变下假肢（Magnetorheological damper based lower prosthesis,MDLP）具有响应速度快,出力范围广且阻尼力连续可控,耗能低和结构稳定等优点,越来越多的学者已经开始了对MDLP的研究。本文进行了健康人行走实验,推导了假肢在摆动期的运动学和动力学本构方程,对下假肢进行了动力学分析,对磁流变阻尼器（Magnetorheological damper,MRD）进行了结构设计和磁路设计,为MRD设计了超前校正电路,建立了MRD的系统模型,建立了下假肢的虚拟样机并进行了联合仿真,具体研究内容如下:（1）进行了正常人行走实验,获得正常人髋、膝、踝关节的运动规律。建立了下假肢摆动期的运动学和动力学方程,并结合动力学分析软件对下假肢进行动力学仿真分析,得到下假肢在水平行走时的摆动期的MRD的期望阻尼力。（2）根据期望阻尼力设计了一种工作... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景与意义
    1.2 下假肢国内外研究现状
        1.2.1 下假肢国外研究现状
        1.2.2 下假肢国内研究现状
    1.3 磁流变阻尼器的研究现状
        1.3.1 磁流变阻尼器介绍
        1.3.2 磁流变阻尼器的发展和应用
    1.4 磁流变下假肢的现状分析
    1.5 本文主要研究内容
第2章 健康人行走实验及下假肢运动学与动力学分析
    2.1 引言
    2.2 人体步态描述
    2.3 健康人行走实验及下肢各关节运动规律分析
    2.4 下假肢运动学建模
    2.5 下假肢动力学分析
        2.5.1 下假肢动力学建模
        2.5.2 下假肢的ADAMS动力学分析
    2.6 本章小结
第3章 磁流变阻尼器的设计
    3.1 引言
    3.2 磁流变阻尼器的本构模型选择和力学模型确定
    3.3 磁流变阻尼器的设计
    3.4 MRD的磁场有限元分析
    3.5 本章小结
第4章 磁流变阻尼器的时滞分析及其模型的建立
    4.1 引言
    4.2 MRD的稳态磁场分析和瞬态磁场分析
        4.2.1 MRD的稳态磁场分析
        4.2.2 MRD的瞬态磁场分析
    4.3 超前校正电路纠正法
        4.3.1 MRD响应时间
        4.3.2 超调校正电路的设计
    4.4 MRD系统模型的建立
        4.4.1 解析法建立MRD的系统模型
        4.4.2 BP神经网络法建立磁流变阻尼器系统模型
    4.5 本章小结
第5章 下假肢虚拟样机联合仿真分析
    5.1 引言
    5.2 下假肢仿真平台的搭建
    5.3 下假肢的联合仿真
        5.3.1 基于公式法MRD模型的下假肢PID控制方案仿真
        5.3.2 基于BP神经网络法MRD模型的下假肢模型仿真
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]UKF算法在磁流变阻尼器参数识别中的应用[J]. 肖志荣,张正唯.  科技通报. 2019(03)
[2]磁流变阻尼器动力学模型参数识别[J]. 邓国红,李长江,杨鄂川,欧健.  机械设计与制造. 2019(02)
[3]内置永磁体的磁流变阻尼器多目标优化设计方法[J]. 董致臻,冯志敏,侯振宁.  机械科学与技术. 2019(09)
[4]磁流变阻尼器的半主动控制算法设计与仿真[J]. 胡为,常天昊,傅莉,席剑辉.  控制工程. 2018(08)
[5]考虑空气效应的磁流变阻尼器建模与控制（英文）[J]. 许飞鸿,徐赵东,郭迎庆,张香成,赵玉亮.  Journal of Southeast University（English Edition）. 2018(01)
[6]主动型膝上假肢的自抗扰控制研究[J]. 张燕,李雪菲,张浩淼,杨鹏.  郑州大学学报(理学版). 2018(04)
[7]智能下肢假肢关键技术研究进展[J]. 杨鹏,刘作军,耿艳利,赵丽娜.  河北工业大学学报. 2013(01)
[8]我国假肢技术的研究与进展[J]. 王人成.  中国康复医学杂志. 2012(11)
[9]CIP-I智能人工腿步速控制系统硬件设计[J]. 刘国联,谭冠政,何燕.  南通职业大学学报. 2008(02)
[10]磁流变液的研究与应用[J]. 王鸿云,郑惠强,李泳鲜.  机械设计. 2008(05)

博士论文
[1]基于磁流变效应的四连杆假肢膝关节及其构成的下肢假肢的研究[D]. 徐磊.重庆大学 2016
[2]含磁流变阻尼器重卡驾驶室悬置系统的半主动控制研究[D]. 黄山云.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于微结构的磁流变液力学性能研究[D]. 赵春伟.重庆大学 2014

硕士论文
[1]双自由度控制平台的设计与研究[D]. 王海曼.河北工业大学 2011
[2]CIP-I智能人工腿步速控制系统的研制[D]. 赵洪涛.中南大学 2007



本文编号：3192107