安裝假肢是當(dāng)前下肢截肢患者恢復(fù)行走能力的唯一手段。對(duì)于膝上截肢患者來(lái)說(shuō),膝關(guān)節(jié)是其所穿戴下肢假肢系統(tǒng)最重要的關(guān)節(jié)組件。傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)假肢作為純機(jī)械系統(tǒng),缺少類人行為的感知與交互控制系統(tǒng),不能自動(dòng)適應(yīng)步速、步態(tài)時(shí)相和運(yùn)動(dòng)模式等步態(tài)的變化,造成穿戴者運(yùn)動(dòng)能力的降低、畸形步態(tài)以及能量消耗的增加。隨著現(xiàn)代假肢學(xué)的進(jìn)步,融合機(jī)械仿生、多源傳感和主動(dòng)控制的智能膝關(guān)節(jié)假肢,已經(jīng)成為膝上截肢者提高行走能力、實(shí)現(xiàn)生理步態(tài)的重要手段。智能膝關(guān)節(jié)假肢研究的關(guān)鍵在于如何通過(guò)仿生系統(tǒng)建模和合適的智能控制方法,實(shí)現(xiàn)步態(tài)(相位、步速、運(yùn)動(dòng)模式)自適應(yīng)。因此,本文擬進(jìn)行步態(tài)自適應(yīng)仿生膝關(guān)節(jié)假肢系統(tǒng)建模及智能控制方法研究,重點(diǎn)研究液壓阻尼智能膝關(guān)節(jié)假肢系統(tǒng)建模,并基于運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)信息建立適應(yīng)不同人體、變化步速與運(yùn)動(dòng)模式的智能交互控制機(jī)理與方法。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)智能仿生膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及人機(jī)耦合動(dòng)力學(xué)建模。通過(guò)阻尼型和動(dòng)力型智能膝關(guān)節(jié)假肢工作特性與正常人膝關(guān)節(jié)工作機(jī)理對(duì)比研究,確定了阻尼仿生方式。進(jìn)而對(duì)膝關(guān)節(jié)假肢結(jié)構(gòu)特性和智能膝關(guān)節(jié)假肢不同類型阻尼特性進(jìn)行研究,提出了基于液壓阻尼的智能仿生膝關(guān)節(jié)假肢機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,重點(diǎn)研...

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 智能膝關(guān)節(jié)假肢研究現(xiàn)狀
        1.2.1 智能膝關(guān)節(jié)假肢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 膝關(guān)節(jié)假肢的智能感知及控制方法研究現(xiàn)狀
    1.3 智能膝關(guān)節(jié)假肢研究的關(guān)鍵難題
    1.4 課題來(lái)源和主要研究?jī)?nèi)容
        1.4.1 課題來(lái)源
        1.4.2 課題主要研究?jī)?nèi)容
    1.5 課題研究的創(chuàng)新點(diǎn)
    1.6 本章小結(jié)
第二章 智能仿生膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及其人機(jī)耦合建模
    2.1 假肢學(xué)術(shù)語(yǔ)
        2.1.1 下肢關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)空間參數(shù)劃分
        2.1.2 下肢截肢的分類及大腿假肢構(gòu)成
    2.2 智能假肢膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
        2.2.1 不同類型傳統(tǒng)膝關(guān)節(jié)功能特性分析
        2.2.2 智能膝關(guān)節(jié)不同類型阻尼特性分析
        2.2.3 智能膝關(guān)節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)方案
    2.3 智能膝關(guān)節(jié)電控液壓阻尼缸結(jié)構(gòu)建模
        2.3.1 單電機(jī)直推板式電控流量調(diào)節(jié)阻尼缸
        2.3.2 單電機(jī)蝶形閥片式電控流量調(diào)節(jié)阻尼缸
        2.3.3 單電機(jī)正交式電控流量調(diào)節(jié)阻尼缸
        2.3.4 雙電機(jī)扇形口式電控流量調(diào)節(jié)阻尼缸
        2.3.5 雙電機(jī)針閥式電控流量調(diào)節(jié)阻尼缸
        2.3.6 智能膝關(guān)節(jié)假肢電控液壓阻尼缸結(jié)構(gòu)確定
    2.4 智能膝關(guān)節(jié)假肢耦合建模
        2.4.1 下肢假肢系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模研究分析
        2.4.2 下肢假肢系統(tǒng)擺動(dòng)相動(dòng)力學(xué)建模
        2.4.3 液壓阻尼器計(jì)算模型
        2.4.4 擺動(dòng)相阻尼力矩模擬仿真
    2.5 本章小結(jié)
第三章 典型運(yùn)動(dòng)模式下智能膝關(guān)節(jié)步態(tài)變換機(jī)制
    3.1 智能膝關(guān)節(jié)傳感系統(tǒng)硬件
    3.2 智能膝關(guān)節(jié)平地行走步態(tài)相位識(shí)別研究
        3.2.1 正常人平地行走步態(tài)周期劃分
        3.2.2 智能膝關(guān)節(jié)穿戴者平地行走步態(tài)相位目標(biāo)分析
        3.2.3 智能膝關(guān)節(jié)平地行走步態(tài)相位識(shí)別及控制區(qū)間劃分
        3.2.4 智能膝關(guān)節(jié)步態(tài)相位識(shí)別特殊腿管設(shè)計(jì)
        3.2.5 智能膝關(guān)節(jié)平地行走步態(tài)相位識(shí)別算法
        3.2.6 智能膝關(guān)節(jié)平地行走阻尼調(diào)節(jié)方式
    3.3 智能膝關(guān)節(jié)上/下樓梯步態(tài)相位識(shí)別及阻尼控制研究
        3.3.1 上樓梯方式分析
        3.3.2 上樓梯相位識(shí)別及阻尼控制方式
        3.3.3 下樓梯方式分析
        3.3.4 下樓梯阻尼控制方式
    3.4 智能膝關(guān)節(jié)上/下坡步態(tài)相位識(shí)別及阻尼控制研究
        3.4.1 上坡行走步態(tài)
        3.4.2 上坡行走步態(tài)相位轉(zhuǎn)換及阻尼控制方式
        3.4.3 下坡行走步態(tài)
        3.4.4 下坡行走步態(tài)相位轉(zhuǎn)換及阻尼控制方式
    3.5 基于下肢關(guān)節(jié)角度的運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可行性研究
        3.5.1 下肢關(guān)節(jié)角度信息采集和特征提取
        3.5.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其優(yōu)化分類算法
        3.5.3 基于隨機(jī)梯度下降的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型仿真
        3.5.4 基于動(dòng)量梯度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型仿真
        3.5.5 基于改進(jìn)的L-M反傳算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型仿真
    3.6 本章小結(jié)
第四章 膝關(guān)節(jié)假肢速度自適應(yīng)智能控制算法研究
    4.1 基于擺動(dòng)相最大屈曲角度的模糊邏輯速度自適應(yīng)控制算法研究
        4.1.1 健康人擺動(dòng)相最大屈曲角度測(cè)試實(shí)驗(yàn)
        4.1.2 行走速度識(shí)別方法確定
        4.1.3 行走速度調(diào)節(jié)控制方案
        4.1.4 基于模糊邏輯建立步速知識(shí)庫(kù)
    4.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)控制的步速自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法
        4.2.1 預(yù)測(cè)控制基本原理
        4.2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制的膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)相控制算法結(jié)構(gòu)
        4.2.3 NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與原理
        4.2.4 NARX神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)膝關(guān)節(jié)角度過(guò)程
        4.2.5 微粒群優(yōu)化算法的結(jié)構(gòu)與原理
        4.2.6 智能膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)期預(yù)測(cè)控制仿真
    4.3 本章小結(jié)
第五章 智能膝關(guān)節(jié)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 智能膝關(guān)節(jié)液壓阻尼實(shí)驗(yàn)樣機(jī)試制
    5.2 智能膝關(guān)節(jié)性能評(píng)估研究現(xiàn)狀
    5.3 智能膝關(guān)節(jié)性能評(píng)估研究參數(shù)分析
    5.4 智能膝關(guān)節(jié)平地行走模擬測(cè)試研究
        5.4.1 智能膝關(guān)節(jié)功能模擬與測(cè)試平臺(tái)搭建
        5.4.2 智能膝關(guān)節(jié)功能模擬與測(cè)試平臺(tái)驗(yàn)證測(cè)試
        5.4.3 智能膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)相最大屈曲角度速度自適應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究
        5.4.4 智能膝關(guān)節(jié)假肢步態(tài)對(duì)稱性實(shí)驗(yàn)研究
    5.5 智能膝關(guān)節(jié)穿戴測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究
        5.5.1 實(shí)驗(yàn)方法
        5.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.6 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文工作總結(jié)
    6.2 未來(lái)工作展望
參考文獻(xiàn)
在讀期間公開發(fā)表的論文和承擔(dān)科研項(xiàng)目及取得成果
致謝



本文編號(hào)：3856371