本文關(guān)鍵詞：基于磁流變阻尼器的動力型智能假肢動力特性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著社會的發(fā)展,越來越多的人因交通事故、自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭或者疾病造成截肢。假肢能夠代償截肢者的部分運(yùn)動能力,對大腿截肢者回歸正常生活、重拾生活信心意義重大。但是目前的假肢產(chǎn)品性能較為一般,很難滿足截肢者對假肢的要求。本文就以提高智能假肢行走的步態(tài)美觀性及其應(yīng)對復(fù)雜運(yùn)動的能力為目的,提出了使用四連桿膝關(guān)節(jié)和混合驅(qū)動模式的智能假肢結(jié)構(gòu)。并通過理論和仿真研究,驗證了智能假肢的步態(tài)美觀性及其復(fù)雜運(yùn)動下的性能。進(jìn)行了智能假肢結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。針對步態(tài)美觀性的要求,選用了四連桿膝關(guān)節(jié)作為假肢的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。建立了四連桿膝關(guān)節(jié)的和大、小腿參數(shù)的優(yōu)化函數(shù),采用非線性優(yōu)化方法進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。確定了以磁流變阻尼器為主,直流伺服電機(jī)為輔的假肢膝關(guān)節(jié)混合驅(qū)動形式,并根據(jù)能耗最低原則建立了膝關(guān)節(jié)力矩的分配方式。借鑒仿人機(jī)器人的步態(tài)規(guī)劃和動力學(xué)建模方法,建立了智能假肢的運(yùn)動學(xué)模型,并選用勞斯方程建立了其動力學(xué)模型。對運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型進(jìn)行了求解,根據(jù)求解結(jié)果對假肢步態(tài)進(jìn)行了規(guī)劃,對磁流變阻尼器和電機(jī)等元器件參數(shù)進(jìn)行了選擇。搭建了磁流變阻尼器的測試系統(tǒng),對磁流變阻尼器進(jìn)行了動力特性測試。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和ANFIS技術(shù)分別建立了磁流變阻尼器的正向模型和逆向控制器模型,并根據(jù)測試數(shù)據(jù),對磁流變阻尼器的正向和逆向模型進(jìn)行了學(xué)習(xí)訓(xùn)練。選擇性能最佳的磁流變阻尼器正向模型和控制器模型建立了磁流變阻尼器系統(tǒng)模型,并對系統(tǒng)模型的精確性進(jìn)行了驗證。搭建了智能假肢的虛擬樣機(jī)聯(lián)合仿真平臺,對智能假肢在平地行走、上樓梯、下樓梯、下斜坡等不同運(yùn)動狀態(tài)下的運(yùn)動進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明,運(yùn)用了磁流變阻尼器的動力型智能假肢在平地行走時具有很高的步態(tài)美觀性,并且能夠完成上樓梯、下樓梯和下斜坡這幾個復(fù)雜的運(yùn)動,具有很高的路況適應(yīng)性。
【關(guān)鍵詞】：智能假肢 步態(tài)美觀性 磁流變阻尼器 混合驅(qū)動 聯(lián)合仿真
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R496;TB535
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 課題研究背景及意義8-9
• 1.2 智能假肢國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 磁流變阻尼器研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 磁流變阻尼器簡介12-14
• 1.3.2 磁流變阻尼器的發(fā)展及應(yīng)用14-16
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 智能假肢結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 智能假肢膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)選型18-20
• 2.3 智能假肢結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化20-28
• 2.3.1 四連桿膝關(guān)節(jié)參數(shù)優(yōu)化21-23
• 2.3.2 大小腿參數(shù)優(yōu)化23-25
• 2.3.3 智能假肢驅(qū)動形式的確定25-28
• 2.4 智能假肢控制系統(tǒng)介紹28-29
• 2.4.1 智能假肢總體控制流程28-29
• 2.4.2 智能假肢混合驅(qū)動控制29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 智能假肢運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 人體步態(tài)描述30-31
• 3.3 智能假肢運(yùn)動學(xué)分析31-35
• 3.3.1 運(yùn)動學(xué)建模31-33
• 3.3.2 運(yùn)動學(xué)求解33-35
• 3.4 智能假肢動力學(xué)分析35-43
• 3.4.1 動力學(xué)建模方法的選擇35
• 3.4.2 動力學(xué)建模35-41
• 3.4.3 動力學(xué)求解41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 面向智能假肢的磁流變阻尼器模型研究44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 磁流變阻尼器動力特性測試44-49
• 4.2.1 磁流變阻尼器選用45
• 4.2.2 磁流變阻尼器測試45-46
• 4.2.3 磁流變阻尼器測試結(jié)果46-49
• 4.3 磁流變阻尼器正模型的建立與評價49-55
• 4.3.1 磁流變阻尼器正模型的建立49-54
• 4.3.2 磁流變阻尼器正模型的評價54-55
• 4.4 磁流變阻尼器逆模型的建立與評價55-59
• 4.4.1 磁流變阻尼器逆模型的建立55-58
• 4.4.2 磁流變阻尼器逆模型的評價58-59
• 4.5 磁流變阻尼器系統(tǒng)模型的建立與評價59-61
• 4.5.1 磁流變阻尼器系統(tǒng)模型的建立59
• 4.5.2 磁流變阻尼器系統(tǒng)模型的評價59-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第5章 智能假肢虛擬樣機(jī)仿真研究62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 虛擬仿真技術(shù)簡介62-64
• 5.3 智能假肢仿真平臺的搭建64-66
• 5.3.1 基于Solidedge的虛擬樣機(jī)建模64-65
• 5.3.2 基于ADAMS的動力學(xué)建模65
• 5.3.3 基于Simulink的控制系統(tǒng)建模65-66
• 5.4 智能假肢不同運(yùn)動形式的仿真66-72
• 5.4.1 平地行走66-68
• 5.4.2 上樓梯68-70
• 5.4.3 其他運(yùn)動狀態(tài)70-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：384797