發(fā)布時(shí)間：2020-08-14 11:24

【摘要】：戰(zhàn)爭(zhēng)、疾病和交通事故以及自然災(zāi)害導(dǎo)致越來(lái)越多的人不得不進(jìn)行肢體切除,尤其是切除膝關(guān)節(jié),對(duì)患者日常行走造成了巨大的影響,合適的假肢能夠幫助截肢者恢復(fù)正常行走功能,回歸正常生活和工作之中。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)水平的提高,截肢者對(duì)假肢提出了新的要求,目前市場(chǎng)上的假肢產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足人們的需求。本文根據(jù)以上情況設(shè)計(jì)了一款主被動(dòng)混合驅(qū)動(dòng)的假肢膝關(guān)節(jié),用以幫助膝上截肢患者重新獲得正常的行走能力。本文采用PhaseSpace三維運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)采集健康人在平地前進(jìn)、后退和上、下樓梯過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)信息,通過(guò)數(shù)據(jù)處理獲得下肢髖、膝、踝關(guān)節(jié)角度,分析人體不同行走模式下各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)情況和步態(tài)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,從理論上指導(dǎo)假肢膝關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了一款主被動(dòng)混合驅(qū)動(dòng)的假肢膝關(guān)節(jié),由直流電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力矩,由液壓阻尼系統(tǒng)提供阻力矩。確定了假肢結(jié)構(gòu)內(nèi)各主要桿件的尺寸。建立了人體下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,求解膝關(guān)節(jié)力矩和功率,選取了直流電機(jī)的型號(hào)。阻尼力由流體從液壓缸流經(jīng)流道和節(jié)流閥產(chǎn)生的壓力損失獲得,設(shè)計(jì)了液壓缸的各部分尺寸,根據(jù)對(duì)膝關(guān)節(jié)的最大阻力矩要求確定了流道直徑。設(shè)計(jì)了一種旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)的節(jié)流閥,研究了此節(jié)流閥過(guò)流面積的變化規(guī)律。利用仿真軟件求解了液壓阻尼系統(tǒng)節(jié)流閥全開(kāi)狀態(tài)下的輸出阻尼力,表明所設(shè)計(jì)系統(tǒng)滿足最大阻尼力要求。最后建立了液壓阻尼系統(tǒng)輸出阻尼力和運(yùn)動(dòng)速度與節(jié)流閥過(guò)流面積之間的數(shù)學(xué)模型。利用Solidworks建立了假肢穿戴者三維模型,并在ADAMS中完成了虛擬樣機(jī)的建立,通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模擬人體在平地前進(jìn)、后退和上、下樓梯的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,求解理想步態(tài)下假肢膝關(guān)節(jié)在支撐期和擺動(dòng)期的所需力矩。直流電機(jī)可提供符合要求的理想驅(qū)動(dòng)力矩,液壓阻尼系統(tǒng)在節(jié)流閥全開(kāi)狀態(tài)下依然輸出阻尼力,即阻尼力矩不能無(wú)限小,與理想阻尼力矩并不吻合。將假肢膝關(guān)節(jié)實(shí)際獲得的力矩曲線輸入到穿戴者虛擬樣機(jī)模型中,其余髖、踝等關(guān)節(jié)以理想運(yùn)動(dòng)曲線驅(qū)動(dòng),對(duì)比實(shí)際假肢膝關(guān)節(jié)角度和正常人行走過(guò)程膝關(guān)節(jié)角度的區(qū)別,驗(yàn)證所設(shè)計(jì)假肢的合理性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH77;R496
【圖文】：

圖 1-1 IP+假肢膝關(guān)節(jié) 圖 1-2 NI-C111 假肢膝關(guān)節(jié)些類型假肢能夠跟隨穿戴者行走速度變化調(diào)整控制器相關(guān)參數(shù)，利式在擺動(dòng)期提供變化的阻尼力矩，控制小腿的屈曲和伸展，膝關(guān)節(jié)均，支撐期利用機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)承重自鎖，對(duì)穿戴者體力消耗較大，容易肢在平地、樓梯和斜坡等環(huán)境下行走時(shí)，內(nèi)部運(yùn)動(dòng)模式不能自動(dòng)切

圖 1-1 IP+假肢膝關(guān)節(jié) 圖 1-2 NI-C111 假肢膝關(guān)節(jié)些類型假肢能夠跟隨穿戴者行走速度變化調(diào)整控制器相關(guān)參數(shù)，利式在擺動(dòng)期提供變化的阻尼力矩，控制小腿的屈曲和伸展，膝關(guān)節(jié)均，支撐期利用機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)承重自鎖，對(duì)穿戴者體力消耗較大，容易肢在平地、樓梯和斜坡等環(huán)境下行走時(shí)，內(nèi)部運(yùn)動(dòng)模式不能自動(dòng)切

圖 1-3 布萊切福特 Smart IP 圖 1-4 奧托博克 C-LEG 圖 1-5 奧索 Reho Kne與健康肢體不同，上述假肢膝關(guān)節(jié)僅能提供阻尼力矩，不能提供運(yùn)動(dòng)過(guò)程所主動(dòng)力矩，屬于被動(dòng)式假肢，在樓梯和斜坡等需要較大驅(qū)動(dòng)力矩的環(huán)境下運(yùn)動(dòng)態(tài)不夠協(xié)調(diào)自然，發(fā)力主要由大腿殘肢完成，體力消耗過(guò)大，穿戴者容易疲勞世紀(jì)八十年代，Popovic 等人[17]設(shè)計(jì)出了一款名為 Belgrade Knee 的主動(dòng)式假

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本文編號(hào)：2792964