本文關鍵詞：動力踝關節(jié)假肢機構與控制研究

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【摘要】：在國家自然科學基金《基于能量優(yōu)化的外骨骼可控剛度串聯(lián)彈性執(zhí)行器研究》(51275170)的資助下,本課題對動力踝關節(jié)假肢開展研究工作。踝關節(jié)假肢是助力機器人、康復機器人領域的一個重要研究方向。這種類別的假肢通過提供額外動力的方式,使其具有類似人體踝關節(jié)的步態(tài)行走特性,能夠走出自然順暢的步伐,更加逼真的實現(xiàn)正常人體行走的整個過程,使穿戴者能夠更好的適應外界環(huán)境,具有非常重要的意義。本文對人體水平地面行走步態(tài)進行分析,研究行走過程中阻抗變化規(guī)律,基于串聯(lián)彈性執(zhí)行器原理,采用Solidworks和Workbench對動力踝關節(jié)假肢進行設計和優(yōu)化。建立數(shù)學模型,并在Adams中進行多剛體以及固柔耦合動力學仿真分析。根據(jù)步態(tài)狀態(tài)機分析和控制理論,基于Matlab/Simulink建立聯(lián)合仿真控制平臺,對踝關節(jié)假肢進行控制研究。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡控制方法對踝關節(jié)假肢步態(tài)數(shù)據(jù)進行研究和探討。通過對動力踝關節(jié)假肢模型的動力學仿真和控制研究,改善了運動特性,滿足假肢設計需求,獲得期望阻抗控制變化曲線,具有較好的仿生特性,為后續(xù)踝關節(jié)假肢研究工作提供技術基礎。
【關鍵詞】：假肢 動力學 仿真 控制 執(zhí)行器
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R318.17;TP183
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文主要研究工作15-17
• 1.4 本章小結17-18
• 第2章 踝關節(jié)行走步態(tài)研究18-27
• 2.1 人體踝關節(jié)模型原理18-20
• 2.2 步態(tài)周期分析20-23
• 2.2.1 步態(tài)階段劃分20-21
• 2.2.2 步態(tài)阻抗曲線21-23
• 2.2.3 踝關節(jié)模型阻抗分析23
• 2.3 國內(nèi)外阻抗曲線解決方案23-25
• 2.4 期望理想阻抗曲線25-26
• 2.5 本章小結26-27
• 第3章 動力踝關節(jié)假肢設計27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 串聯(lián)彈性執(zhí)行器原理27-29
• 3.3 踝關節(jié)假肢機械結構29-32
• 3.4 串聯(lián)彈簧設計32-34
• 3.5 并聯(lián)彈簧受力變形分析34-35
• 3.6 本章小結35-37
• 第4章 多剛體動力學仿真37-49
• 4.1 踝關節(jié)假肢數(shù)學模型37-38
• 4.2 計算機輔助設計技術38-39
• 4.3 仿真模型建立39-42
• 4.4 simulation control模塊42-43
• 4.5 正弦函數(shù)驅動43-44
• 4.6 mod函數(shù)驅動44-45
• 4.7 多剛體仿真結果分析45-48
• 4.8 本章小結48-49
• 第5章 固柔耦合動力學性能分析49-62
• 5.1 柔性體分析模塊49-51
• 5.1.1 flex柔性體理論49
• 5.1.2 柔性體的表示49-50
• 5.1.3 柔體運動微分方程50-51
• 5.2 中性模態(tài)研究51-53
• 5.2.1 模態(tài)文件概述51
• 5.2.2 柔性模態(tài)文件研究51-53
• 5.3 固柔耦合模型仿真53-55
• 5.3.1 柔性模態(tài)文件數(shù)據(jù)輸入53-54
• 5.3.2 樣條曲線驅動研究54-55
• 5.4 仿真結果分析55-58
• 5.5 彈性板剛度討論58-61
• 5.5.1 板厚和剛性域數(shù)據(jù)測試58-59
• 5.5.2 剛度影響分析59-61
• 5.6 本章小結61-62
• 第6章 動力踝關節(jié)控制研究62-78
• 6.1 踝關節(jié)假肢控制目標62-63
• 6.2 交互仿真方法研究63-67
• 6.2.1 聯(lián)合仿真平臺63-64
• 6.2.2 PID交互仿真控制64-67
• 6.3 步態(tài)有限狀態(tài)機及阻抗規(guī)劃67-70
• 6.4 關節(jié)阻抗控制模型研究70-71
• 6.5 前饋補償控制研究71-73
• 6.6 聯(lián)合運動控制仿真73-76
• 6.7 仿真結果分析76-77
• 6.8 本章小結77-78
• 第7章 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的步態(tài)數(shù)據(jù)分析78-84
• 7.1 神經(jīng)網(wǎng)絡概述78
• 7.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡結構78-79
• 7.3 實驗和結果分析79-83
• 7.4 本章小結83-84
• 第8章 結論與展望84-86
• 8.1 論文結論84-85
• 8.2 研究展望85-86
• 參考文獻86-90
• 致謝90-91
• 攻讀碩士學位期間科研成果91

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高成,王斌銳,謝華龍,徐心和;異構雙腿機器人仿生腿的設計與控制實現(xiàn)[J];東北大學學報;2004年11期

2 傅莉,王斌銳,徐心和;異構雙腿行走機器人動力學建模與仿真[J];東北大學學報;2005年07期

3 謝華龍;叢德宏;王斌銳;徐心和;;用磁流變阻尼器控制異構雙腿機器人的仿真研究[J];功能材料;2006年05期

4 ;The biomechanical study of lower limb during human walking[J];Science China(Technological Sciences);2011年04期

5 陳靜;劉洋;邱長青;徐桂敏;;主動式踝關節(jié)假肢運動軌跡的迭代學習控制[J];計算技術與自動化;2008年04期

6 譚冠政;趙洪濤;;步態(tài)相位識別技術在人工腿設計中的應用研究[J];計算機測量與控制;2007年10期

7 彭濟根;倪元華;喬紅;;柔性關節(jié)機操手的神經(jīng)網(wǎng)絡控制[J];自動化學報;2007年02期

8 韓亞麗;賈山;王興松;;基于人體生物力學的低功耗踝關節(jié)假肢的設計與仿真[J];機器人;2013年03期

9 張瑞紅,金德聞,張濟川;多桿機構瞬停節(jié)分析及應用[J];清華大學學報(自然科學版);2000年04期

10 張瑞紅,王人成,金德聞,張濟川;人體下肢表面肌電信號的檢測與分析[J];清華大學學報(自然科學版);2000年08期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王立權;兩棲仿生機器蟹模型建立與步行足協(xié)調(diào)控制技術研究[D];哈爾濱工程大學;2003年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 于海波;并聯(lián)式踝關節(jié)康復機器人系統(tǒng)設計[D];燕山大學;2006年

2 劉洋;主動式踝關節(jié)假肢運動實現(xiàn)與步態(tài)信息獲取的研究[D];武漢理工大學;2009年

3 趙朋;串聯(lián)彈性驅動器動力學模型及其特性分析[D];哈爾濱工程大學;2012年

4 趙彥;基于ADAMS和MATLAB的四足機器人聯(lián)合仿真[D];山東大學;2014年

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本文編號：999186