【摘要】：全世界有數(shù)百萬人正經(jīng)受著下肢損傷的痛苦,現(xiàn)有的被動式踝關(guān)節(jié)假肢大多依靠彈性元件進行能量存儲以及釋放,可以為人體提供簡單的支撐功能,不能夠完全實現(xiàn)人體踝關(guān)節(jié)的功能,并且會導(dǎo)致人體步態(tài)的不對稱。同時,考慮到電液直驅(qū)系統(tǒng)功率密度比大、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、便攜性高的優(yōu)點,將其應(yīng)用于主動式踝關(guān)節(jié)假肢中。本文根據(jù)正常人體踝關(guān)節(jié)的功能及特點,旨在設(shè)計出一款可以幫助膝下截肢患者實現(xiàn)所有步態(tài)功能的踝關(guān)節(jié)假肢,保證其正常生活、工作能力。本文主要進行了如下研究:對正常人體行走時踝關(guān)節(jié)運動機理、運動學(xué)及生物力學(xué)特性進行分析,完成踝關(guān)節(jié)步態(tài)相位劃分,明確設(shè)計指標。根據(jù)所要完成的功能,進行驅(qū)動方式的選擇、動力人工腳踝的運動學(xué)分析以及液壓部分原理的分析,完成了動力人工腳踝系統(tǒng)的總體建模。對動力人工腳踝電液直驅(qū)系統(tǒng)進行建模分析,主要包括無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)以及泵控缸系統(tǒng)的模型,進而完成了主動階段系統(tǒng)模型的搭建,分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及主要參數(shù)對系統(tǒng)的影響,并對被動及主動階段進行仿真分析。根據(jù)動力人工腳踝的運動特性進行控制策略的研究,上層控制采用有限狀態(tài)控制機,對人體正常行走時控制跖屈階段的腳跟著地進行識別,分析了可能引起誤判的因素及避免誤判方法,確定出電機開啟時刻及換向時刻,實現(xiàn)了人體多種姿態(tài)的有效識別。下層控制方法基于電液直驅(qū)系統(tǒng)的時滯性及非線性的特點,運用模糊PID方法,并通過仿真分析,發(fā)現(xiàn)性能有所提高。搭建動力人工腳踝系統(tǒng)實驗臺,制定實驗方案,對動力人工腳踝進行臺架實驗以及行走實驗,對系統(tǒng)性能進行分析,驗證了將電液直驅(qū)技術(shù)應(yīng)用于動力人工腳踝的可行性和控制系統(tǒng)的性能以及有限狀態(tài)控制機的正確性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文協(xié)調(diào)。文旨在通過動力人工腳踝系統(tǒng)的設(shè)計，幫助膝下截肢患者實現(xiàn)正常他們能夠像正常人一樣生活、學(xué)習(xí)、工作，具有較高的社會價值。液直驅(qū)技術(shù)的動力人工腳踝系統(tǒng)的研究，涉及到多個學(xué)科的融合，術(shù)價值。內(nèi)外踝關(guān)節(jié)假肢的研究現(xiàn)狀國外踝關(guān)節(jié)假肢的研究現(xiàn)狀本大阪大學(xué)對被動式踝關(guān)節(jié)假肢進行研究，如圖 1-1 所示，根據(jù)常規(guī)假肢與健肢不能協(xié)調(diào)運動的問題提出改進策略。采用可根據(jù)磁場變度的磁流變油液，使其充滿液壓油缸，在活塞處安裝線圈，如圖 1-2關(guān)節(jié)角度變化的需求，調(diào)節(jié)線圈內(nèi)通電電流，進而改變磁流變油液的關(guān)節(jié)運動阻尼可變的目的，彌補了傳統(tǒng)被動式踝關(guān)節(jié)假肢不能與健缺陷。

本大阪大學(xué)對被動式踝關(guān)節(jié)假肢進行研究，如圖 1-1 所示，，根據(jù)常規(guī)被動假肢與健肢不能協(xié)調(diào)運動的問題提出改進策略。采用可根據(jù)磁場變化調(diào)度的磁流變油液，使其充滿液壓油缸，在活塞處安裝線圈，如圖 1-2 所關(guān)節(jié)角度變化的需求，調(diào)節(jié)線圈內(nèi)通電電流，進而改變磁流變油液的粘度關(guān)節(jié)運動阻尼可變的目的，彌補了傳統(tǒng)被動式踝關(guān)節(jié)假肢不能與健肢協(xié)缺陷。圖 1-1 大阪大學(xué)踝關(guān)節(jié)假肢
【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】：2018
【分類號】：TH77

【參考文獻】

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本文編號：2700317