本文選題：步態(tài)模擬器 + 力控制��； 參考：《醫(yī)用生物力學(xué)》2014年04期

【摘要】：目的研究足踝生物力學(xué)動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制問題,提出一套完整的多軸控制算法使實(shí)驗(yàn)臺(tái)在模擬自由度、時(shí)間和精度、負(fù)荷重量、調(diào)試效率等指標(biāo)上與國(guó)際同行相比具有競(jìng)爭(zhēng)力。方法設(shè)計(jì)人體足踝步態(tài)實(shí)驗(yàn)臺(tái),通過(guò)5個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)模擬步態(tài)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程(5個(gè)自由度)�；趯�(duì)整個(gè)步態(tài)過(guò)程中力加載的科學(xué)分析和合理簡(jiǎn)化,在Matlab中對(duì)此多自由度力加載的過(guò)程進(jìn)行建模。提出運(yùn)用PID迭代學(xué)習(xí)算法來(lái)控制力,并在Simulink中進(jìn)行仿真分析�；诜抡娴膮�(shù),在實(shí)際搭建的系統(tǒng)上驗(yàn)證該算法的有效性與可靠性。結(jié)果經(jīng)過(guò)4~5次的迭代學(xué)習(xí),實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以在5 s時(shí)間內(nèi)完成1個(gè)支撐相的模擬,3個(gè)方向的足底反力(Fz、Fy、Fx)都具有重復(fù)性和可控性,在50%的人體體重下Fz和Fy輸出曲線與目標(biāo)曲線的均方根誤差分別收斂到20 N和8 N,小于模擬負(fù)載的10%。結(jié)論迭代學(xué)習(xí)控制方法可使足踝步態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有較強(qiáng)的力學(xué)模擬能力,提高了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的智能性,為后續(xù)進(jìn)一步提高模擬速度和精度奠定良好的基礎(chǔ),其研制對(duì)尸體足踝生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)具有重要意義。
[Abstract]:Objective to study the control problem of the biomechanical dynamic simulation test bench for foot and ankle. A set of complete multi axis control algorithm is proposed to make the test platform competitive compared with the international counterparts in the simulation of freedom, time and precision, load weight and debugging efficiency. Method design of human foot ankle gait test platform is driven by 5 servo motors. The motion process (5 degrees of freedom) of the mechanism is simulated. Based on the scientific analysis and reasonable simplification of the force loading in the whole gait process, the process of loading the multi freedom force is modeled in Matlab. The PID iterative learning algorithm is used to control the force, and the simulation analysis is carried out in the Simulink. Based on the simulation parameters, the actual construction is built. The effectiveness and reliability of the algorithm is verified by the system. Results after 4~5 iterative learning, the experimental platform can simulate 1 support phases in 5 s time. The 3 directions of the sole reaction (Fz, Fy, Fx) have repeatability and controllability, and the root mean square error of the Fz and Fy output curves and the target curve under the body weight of 50% converges respectively. To 20 N and 8 N, the 10%. conclusion iterative learning control method which is less than the simulated load can make the ankle gait simulation test bench have strong mechanical simulation ability, improve the intelligence of the test bed and lay a good foundation for the further improvement of the simulation speed and accuracy, and its development is of great significance to the biomechanical experiment of the cadaver foot and ankle.

【作者單位】： 上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院;Centre
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81071234)
【分類號(hào)】：R318.01

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本文編號(hào)：1887435