本文關(guān)鍵詞：人工腿仿生設(shè)計及氣動人工肌肉（PMA）實驗建模研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在智能假肢研究及開發(fā)過程中,需要對其進(jìn)行大量的性能測試實驗,但由于實驗測試的工作量大且要求重復(fù)性好,讓殘疾人穿戴假肢進(jìn)行實驗不太現(xiàn)實。為了給智能假肢的性能測試提供理想的實驗平臺,課題組將仿人機器人與智能假肢研究相結(jié)合,提出了異構(gòu)雙腿行走機器人模式。人工腿作為異構(gòu)雙腿行走機器人的重要組成部分,其主要功能是模擬殘疾人健康腿的正常步態(tài),給智能仿生腿提供步態(tài)跟隨目標(biāo)軌跡。因此,人工腿的擬人化設(shè)計對整個異構(gòu)雙腿行走機器人的研究具有非常重要的意義�；趯θ梭w下肢的生理結(jié)構(gòu)及運動機理的分析,本文對人工腿的整個機械系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計,包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了使人工腿更好地模擬殘疾人健康腿的步態(tài)軌跡,采用四桿機構(gòu)作為膝關(guān)節(jié)的機械結(jié)構(gòu),解決了單軸膝關(guān)節(jié)帶來的行走步態(tài)不自然的問題。在驅(qū)動方面,采用氣動人工肌肉(PMA)作為膝關(guān)節(jié)的驅(qū)動源,從而解決了伺服電機、液壓裝置等帶來的剛度太大等問題。在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,充分考慮了健康人腿的結(jié)構(gòu)尺寸,使人工腿的結(jié)構(gòu)尺寸與人體相應(yīng)的部位盡量一致。由于氣動人工肌肉(PMA)本身具有非線性,解析計算建模較為困難,本文采用通過實驗建模的方法來建立PMA的數(shù)學(xué)模型。搭建了氣動人工肌肉性能測試實驗平臺,分別在等壓、等長、等載的條件下對其特性進(jìn)行分析,建立了輸出力、收縮率及輸入壓力三者之間的關(guān)系,基于最小二乘法對模型進(jìn)行參數(shù)辨識,建立了其精確的數(shù)學(xué)模型。本文詳細(xì)地分析了氣動人工肌肉驅(qū)動關(guān)節(jié)的原理,選擇了驅(qū)動的方式,并在動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,建立了驅(qū)動關(guān)節(jié)的數(shù)學(xué)模型。最后采用虛擬樣機技術(shù)搭建了聯(lián)合仿真平臺,對人工腿進(jìn)行運動學(xué)和動力學(xué)仿真,并且基于PID控制算法進(jìn)行了控制仿真。
【關(guān)鍵詞】：氣動人工肌肉 數(shù)學(xué)模型 人工腿 PID控制 虛擬樣機
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.1;TB17
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 課題的提出12-18
• 1.2.1 仿人機器人的國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 仿人機器人的國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 氣動人工肌肉的發(fā)展歷史15-17
• 1.2.4 氣動人工肌肉國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 課題研究意義、內(nèi)容及方法18-21
• 1.3.1 課題的研究意義與目的18
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容與方法18-21
• 第2章 人工腿的機械系統(tǒng)設(shè)計21-31
• 2.1 人體下肢生理結(jié)構(gòu)及運動機理21-22
• 2.2 人工腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計22-24
• 2.2.1 髖關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計22-23
• 2.2.2 膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計23-24
• 2.2.3 踝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計24
• 2.3 驅(qū)動方案的選擇24-26
• 2.4 氣動人工肌肉的型號選擇26-30
• 2.5 人工腿控制系統(tǒng)30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第3章 氣動人工肌肉實驗平臺搭建及性能測試實驗31-45
• 3.1 性能測試實驗平臺的搭建31-34
• 3.1.1 實驗方案的設(shè)計31
• 3.1.2 實驗材料的選擇31-33
• 3.1.3 試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計33-34
• 3.2 氣動人工肌肉性能測試實驗34-43
• 3.2.1 等壓特性實驗34-38
• 3.2.2 等長特性實驗38-40
• 3.2.3 等載特性實驗40-43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第4章 氣動人工肌肉數(shù)學(xué)建模45-59
• 4.1 氣動人工肌肉模型的選擇45-47
• 4.2 實驗數(shù)據(jù)處理47-57
• 4.3 本章小結(jié)57-59
• 第5章 驅(qū)動關(guān)節(jié)建模及人工.腿虛擬樣機的聯(lián)合仿真59-71
• 5.1 氣動人工肌肉驅(qū)動關(guān)節(jié)的靜態(tài)模型59-61
• 5.1.1 驅(qū)動關(guān)節(jié)原理59-60
• 5.1.2 驅(qū)動關(guān)節(jié)動力學(xué)分析60-61
• 5.2 氣動人工肌肉驅(qū)動關(guān)節(jié)的動態(tài)模型61-63
• 5.2.1 氣動人工肌肉充氣過程的動態(tài)模型61-62
• 5.2.2 氣動人工肌肉放氣過程的動態(tài)模型62-63
• 5.3 虛擬樣機聯(lián)合仿真平臺的搭建63-65
• 5.3.1 虛擬樣機聯(lián)合仿真概述63
• 5.3.2 聯(lián)合仿真平臺的搭建過程63-65
• 5.4 人工腿虛擬樣機的聯(lián)合仿真65-69
• 5.4.1 PID控制原理65
• 5.4.2 PID控制仿真分析65-69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 第6章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：334593