本文關(guān)鍵詞：基于氣動柔性驅(qū)動的膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練變剛度控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：中國社會科學(xué)院藍(lán)皮書指出,我國在2013年老年人口將突破2億。老齡人關(guān)節(jié)的不斷退化、不同人群的運(yùn)動損傷和交通事故導(dǎo)致肢體障礙病人不斷增加,這就為關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器的發(fā)展提供了機(jī)遇。而氣動柔性驅(qū)動器由于是新型的具有柔順性好、安全性高的氣動驅(qū)動元件,在康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是,精確表達(dá)它的靜動態(tài)模型還是非常困難,控制方式也有待解決。 康復(fù)訓(xùn)練器的目的就是維持患者的身體功能,最大程度地恢復(fù)患肢的正常動作。目前研究開發(fā)的大多是Mckibben型氣動人工肌肉,很多學(xué)者也對其進(jìn)行了研究,但是這種康復(fù)器行程較短,一般不能實(shí)現(xiàn)主動訓(xùn)練。而且在主/被動不同的訓(xùn)練階段中,需要針對不同時期的不同患者,采取不同的康復(fù)訓(xùn)練手段,這就要求末端的柔性驅(qū)動器具有不同的剛度,用以提供不同的驅(qū)動力或者阻尼力,同時還能夠進(jìn)行力的自適應(yīng)控制。因此,本文的主要研究工作如下： (1)針對所研發(fā)的氣動柔性驅(qū)動器進(jìn)行靜動態(tài)輸出力模型的研究。以所研發(fā)的氣動柔性驅(qū)動器為對象,提出了對伸長長度的校正系數(shù),并改進(jìn)了靜態(tài)輸出力模型,得出影響氣動柔性驅(qū)動器輸出力的主要因素是工作長度和供氣壓力,隨后在理論分析的基礎(chǔ)上對氣動柔性驅(qū)動器進(jìn)行了靜態(tài)力學(xué)特性的試驗(yàn)研究,通過試驗(yàn)與模型的對比,驗(yàn)證了改進(jìn)輸出力模型的正確性；通過仿真與試驗(yàn)分析了氣動柔性驅(qū)動器系統(tǒng)的動態(tài)特性,建立了系統(tǒng)的動態(tài)模型,為氣動柔性驅(qū)動器剛度的研究奠定了基礎(chǔ)。 (2)氣動柔性驅(qū)動器剛度特性的研究。以所研發(fā)的氣動柔性驅(qū)動器為對象,推導(dǎo)出了氣動柔性驅(qū)動器的靜態(tài)剛度表達(dá)式,分析了影響氣動柔性驅(qū)動器靜態(tài)剛度的主要因素,并對其靜態(tài)剛度進(jìn)行了試驗(yàn)的研究,通過模型與試驗(yàn)的對比驗(yàn)證了靜態(tài)剛度公式的正確性；給出了一個科學(xué)合理的氣動柔性驅(qū)動器變剛度的定義,并推導(dǎo)出氣壓剛度的數(shù)學(xué)模型；建立了完整的動態(tài)剛度數(shù)學(xué)模型,分析了影響它的主要因素；以對抗安裝的氣動柔性驅(qū)動器為研究對象,通過有限元和試驗(yàn)分析得出影響對抗剛度的主要因素是對抗安裝氣動柔性驅(qū)動器的初始供氣壓力。 (3)關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的變剛度控制技術(shù)研究。針對不同時期不同的患者,在對氣動柔性驅(qū)動器特性和剛度研究的基礎(chǔ)上,提出了關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的變剛度控制策略,開發(fā)了基于LABVIEW的變剛度控制系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：氣動柔性驅(qū)動器 關(guān)節(jié)康復(fù) 靜動態(tài)特性 靜態(tài)剛度 變剛度
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH789;TH138
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 課題的研究背景與意義8
• 1.2 氣動柔性驅(qū)動器在康復(fù)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與分析8-13
• 1.2.1 氣動柔性驅(qū)動器的發(fā)展及新型驅(qū)動器9-11
• 1.2.2 氣動柔性驅(qū)動器基本特性和模型的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練中控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 課題研究所面臨的問題13-14
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容14-15
• 2 氣動柔性驅(qū)動器的靜動態(tài)特性研究15-33
• 2.1 氣動柔性驅(qū)動器的靜態(tài)特性研究15-20
• 2.1.1 氣動柔性驅(qū)動器的靜態(tài)輸出力模型15-17
• 2.1.2 氣動柔性驅(qū)動器的靜態(tài)特性試驗(yàn)和仿真研究17-20
• 2.1.2.1 氣動柔性驅(qū)動器靜態(tài)特性試驗(yàn)裝置17-18
• 2.1.2.2 等壓特性試驗(yàn)結(jié)果分析18-19
• 2.1.2.3 等長特性試驗(yàn)結(jié)果分析19-20
• 2.1.2.4 等力特性試驗(yàn)結(jié)果分析20
• 2.2 氣動柔性驅(qū)動器控制系統(tǒng)的動態(tài)特性研究20-31
• 2.2.1 氣動柔性驅(qū)動器控制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型21-25
• 2.2.1.1 氣動柔性驅(qū)動器的動態(tài)特性21-23
• 2.2.1.2 控制閥的流量特性23-24
• 2.2.1.3 負(fù)載的動力特性24-25
• 2.2.1.4 氣動柔性驅(qū)動器控制系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型25
• 2.2.2 氣動柔性驅(qū)動器控制系統(tǒng)的動態(tài)仿真和試驗(yàn)研究25-31
• 2.3 本章小結(jié)31-33
• 3 氣動柔性驅(qū)動器的剛度特性研究33-43
• 3.1 氣動柔性驅(qū)動器靜態(tài)剛度模型的研究33
• 3.2 氣動柔性驅(qū)動器動態(tài)剛度模型的研究33-35
• 3.3 對抗安裝氣動柔性驅(qū)動器剛度模型的研究35-36
• 3.4 氣動柔性驅(qū)動器剛度的仿真和試驗(yàn)研究36-42
• 3.4.1 氣動柔性驅(qū)動器靜態(tài)和動態(tài)剛度仿真和試驗(yàn)研究36-38
• 3.4.2 對抗安裝氣動柔性驅(qū)動器剛度仿真和試驗(yàn)研究38-42
• 3.4.2.1 對抗安裝氣動柔性驅(qū)動器剛度仿真研究38-40
• 3.4.2.2 對抗安裝氣動柔性驅(qū)動器剛度試驗(yàn)研究40-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 4 膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的力控制技術(shù)研究43-56
• 4.1 膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器的簡介43
• 4.2 氣缸的力特性研究43-49
• 4.2.1 開環(huán)控制的氣缸力特性研究43-45
• 4.2.2 PID控制的氣缸力特性研究45-49
• 4.2.2.1 PID控制原理45
• 4.2.2.2 PID控制算法45-46
• 4.2.2.3 PID控制參數(shù)的確定46-47
• 4.2.2.4 PID控制的氣缸試驗(yàn)與結(jié)果分析47-49
• 4.3 氣動柔性驅(qū)動器的力特性研究49-54
• 4.3.1 對抗安裝的氣動柔性驅(qū)動器各參數(shù)之間的關(guān)系49-52
• 4.3.2 開環(huán)控制的氣動柔性驅(qū)動器力特性研究52-53
• 4.3.3 PID控制的氣動柔性驅(qū)動器力特性研究53-54
• 4.4 關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的力控制技術(shù)研究54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 5 基于氣動柔性驅(qū)動器的關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練變剛度控制試驗(yàn)研究56-62
• 5.1 關(guān)節(jié)康復(fù)被動訓(xùn)練階段試驗(yàn)研究56-60
• 5.2 關(guān)節(jié)康復(fù)主動訓(xùn)練階段試驗(yàn)研究60-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 6 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 展望63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 附錄69

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于氣動柔性驅(qū)動的膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練變剛度控制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：327877