主動下肢假肢膝關節(jié)是目前國內外企業(yè)、高校、科研機構研究的熱點,它旨在解決眾多下肢截肢患者穿戴假肢以實現自然行走的迫切需求與性能不足的顯著矛盾。但因我國主動下肢假肢產品匱乏、價格昂貴,在結構、驅動、人機控制等核心技術上存在發(fā)展瓶頸,較歐美發(fā)達國家之間存在很大差距,亟需突破。本文以“國家重點研發(fā)計劃——膝踝一體化仿生智能下肢假肢關鍵技術與應用研究”課題為研究背景,通過分析人體膝關節(jié)的生物力學特性,設計下肢假肢膝關節(jié)的液壓驅動系統,并對下肢假肢膝關節(jié)的主動液壓驅動系統的控制算法進行研究,最終目標為研制出一種能耗低、環(huán)境適應性強、運動自然、成本低和可靠性高的主動驅動下肢假肢。具體內容如下:首先,簡單介紹人體膝關節(jié)的結構及原理,分析人體行走的運動特點,并對其簡化后的膝關節(jié)模型進行生物力學(運動學和動力學)分析,為下肢假肢膝關節(jié)結構及控制的設計提供了理論依據。其次,根據下肢假肢膝關節(jié)可以主動提供力矩并減小膝關節(jié)的體積及能耗的設計需求,提出采用擺動缸代替目前普遍使用的直線液壓缸,設計下肢假肢膝關節(jié)直驅式液壓驅動系統的工作原理圖,進行相關液壓元件參數的計算及選型,根據元件的型號進行膝關節(jié)液壓集成閥塊的...

【文章頁數】：102 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 研究背景及意義
    1.3 下肢假肢膝關節(jié)分類
        1.3.1 被動下肢假肢膝關節(jié)
        1.3.2 主動下肢假肢膝關節(jié)
    1.4 下肢假肢膝關節(jié)國內外發(fā)展歷程及研究現狀
        1.4.1 國外發(fā)展歷程及研究現狀
        1.4.2 國內發(fā)展歷程及研究現狀
    1.5 直驅式液壓伺服系統的國內外發(fā)展現狀
    1.6 論文研究內容及結構
第2章 人體下肢生物力學分析
    2.1 下肢假肢膝關節(jié)結構模型分析
        2.1.1 人體平面定義
        2.1.2 膝關節(jié)結構簡化
    2.2 人體行走步態(tài)分析
    2.3 下肢假肢運動學與動力學建模
        2.3.1 運動學分析
        2.3.2 動力學分析
    2.4 本章小結
第3章 下肢假肢膝關節(jié)直驅式液壓系統及結構設計
    3.1 下肢假肢膝關節(jié)整體設計
    3.2 下肢假肢膝關節(jié)直驅式液壓系統
        3.2.1 下肢假肢膝關節(jié)直驅式液壓系統原理
        3.2.2 下肢假肢膝關節(jié)直驅式液壓系統設計
    3.3 下肢假肢膝關節(jié)參數分析
        3.3.1 擺動缸參數計算
        3.3.2 液壓元件選取
        3.3.3 集成式閥體設計
    3.4 下肢假肢膝關節(jié)整體三維模型
    3.5 本章小結
第4章 膝關節(jié)直驅式液壓系統數學模型及穩(wěn)定性分析
    4.1 液壓系統建模過程分析
    4.2 直流電機的數學模型
        4.2.1 直流無刷電機的組成
        4.2.2 無刷直流電機的工作原理
        4.2.3 直流無刷電機的矢量控制與坐標變換
        4.2.4 直流無刷電機的數學模型
        4.2.5 直流無刷電機傳遞函數模型
    4.3 直驅式泵控缸系統模型
    4.4 直驅式液壓驅動系統的模型及穩(wěn)定性分析
    4.5 本章小結
第5章 下肢假肢膝關節(jié)控制策略研究
    5.1 引言
    5.2 常規(guī)PID
    5.3 模糊控制概述
    5.4 模糊PID的設計
        5.4.1 模糊PID控制原理
        5.4.2 直驅式模糊PID角度控制系統
        5.4.3 輸入輸出量的模糊化
        5.4.4 模糊控制規(guī)則的建立
        5.4.5 模糊控制的清晰化
        5.4.6 模糊控制的參數自調整
        5.4.7 模糊PID控制算法的實現
    5.5 膝關節(jié)直驅式液壓驅動系統的仿真分析
        5.5.1 建立膝關節(jié)直驅式液壓驅動系統的仿真模塊
        5.5.2 膝關節(jié)直驅式液壓驅動系統的仿真分析
    5.6 本章小結
第6章 下肢假肢膝關節(jié)實驗研究
    6.1 引言
    6.2 下肢假肢膝關節(jié)實驗裝置
        1. 下肢假肢膝關節(jié)硬件裝配
        2. 角度傳感器
        3. 信息采集卡
        4. 下肢假肢膝關節(jié)控制系統
        5. Labview編寫控制系統
    6.3 下肢假肢膝關節(jié)驅動系統的實驗及結果分析
        6.3.1 階躍信號響應實驗
        6.3.2 正弦信號響應實驗
    6.4 本章小結
第7章 總結與展望
參考文獻
作者簡介及在學期間所取得的科研成果
致謝



本文編號：3815844