主動下肢假肢膝關(guān)節(jié)是目前國內(nèi)外企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn),它旨在解決眾多下肢截肢患者穿戴假肢以實(shí)現(xiàn)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(chǎn)品匱乏、價(jià)格昂貴,在結(jié)構(gòu)、驅(qū)動、人機(jī)控制等核心技術(shù)上存在發(fā)展瓶頸,較歐美發(fā)達(dá)國家之間存在很大差距,亟需突破。本文以“國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——膝踝一體化仿生智能下肢假肢關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究”課題為研究背景,通過分析人體膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性,設(shè)計(jì)下肢假肢膝關(guān)節(jié)的液壓驅(qū)動系統(tǒng),并對下肢假肢膝關(guān)節(jié)的主動液壓驅(qū)動系統(tǒng)的控制算法進(jìn)行研究,最終目標(biāo)為研制出一種能耗低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)動自然、成本低和可靠性高的主動驅(qū)動下肢假肢。具體內(nèi)容如下:首先,簡單介紹人體膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)及原理,分析人體行走的運(yùn)動特點(diǎn),并對其簡化后的膝關(guān)節(jié)模型進(jìn)行生物力學(xué)(運(yùn)動學(xué)和動力學(xué))分析,為下肢假肢膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及控制的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。其次,根據(jù)下肢假肢膝關(guān)節(jié)可以主動提供力矩并減小膝關(guān)節(jié)的體積及能耗的設(shè)計(jì)需求,提出采用擺動缸代替目前普遍使用的直線液壓缸,設(shè)計(jì)下肢假肢膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理圖,進(jìn)行相關(guān)液壓元件參數(shù)的計(jì)算及選型,根據(jù)元件的型號進(jìn)行膝關(guān)節(jié)液壓集成閥塊的...

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學(xué)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(guān)節(jié)分類
        1.3.1 被動下肢假肢膝關(guān)節(jié)
        1.3.2 主動下肢假肢膝關(guān)節(jié)
    1.4 下肢假肢膝關(guān)節(jié)國內(nèi)外發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀
        1.4.1 國外發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀
        1.4.2 國內(nèi)發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀
    1.5 直驅(qū)式液壓伺服系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
    1.6 論文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)
第2章 人體下肢生物力學(xué)分析
    2.1 下肢假肢膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)模型分析
        2.1.1 人體平面定義
        2.1.2 膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡化
    2.2 人體行走步態(tài)分析
    2.3 下肢假肢運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)建模
        2.3.1 運(yùn)動學(xué)分析
        2.3.2 動力學(xué)分析
    2.4 本章小結(jié)
第3章 下肢假肢膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.1 下肢假肢膝關(guān)節(jié)整體設(shè)計(jì)
    3.2 下肢假肢膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓系統(tǒng)
        3.2.1 下肢假肢膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓系統(tǒng)原理
        3.2.2 下肢假肢膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    3.3 下肢假肢膝關(guān)節(jié)參數(shù)分析
        3.3.1 擺動缸參數(shù)計(jì)算
        3.3.2 液壓元件選取
        3.3.3 集成式閥體設(shè)計(jì)
    3.4 下肢假肢膝關(guān)節(jié)整體三維模型
    3.5 本章小結(jié)
第4章 膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及穩(wěn)定性分析
    4.1 液壓系統(tǒng)建模過程分析
    4.2 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
        4.2.1 直流無刷電機(jī)的組成
        4.2.2 無刷直流電機(jī)的工作原理
        4.2.3 直流無刷電機(jī)的矢量控制與坐標(biāo)變換
        4.2.4 直流無刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
        4.2.5 直流無刷電機(jī)傳遞函數(shù)模型
    4.3 直驅(qū)式泵控缸系統(tǒng)模型
    4.4 直驅(qū)式液壓驅(qū)動系統(tǒng)的模型及穩(wěn)定性分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 下肢假肢膝關(guān)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(shè)計(jì)
        5.4.1 模糊PID控制原理
        5.4.2 直驅(qū)式模糊PID角度控制系統(tǒng)
        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(shù)自調(diào)整
        5.4.7 模糊PID控制算法的實(shí)現(xiàn)
    5.5 膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓驅(qū)動系統(tǒng)的仿真分析
        5.5.1 建立膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓驅(qū)動系統(tǒng)的仿真模塊
        5.5.2 膝關(guān)節(jié)直驅(qū)式液壓驅(qū)動系統(tǒng)的仿真分析
    5.6 本章小結(jié)
第6章 下肢假肢膝關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)研究
    6.1 引言
    6.2 下肢假肢膝關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置
        1. 下肢假肢膝關(guān)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(guān)節(jié)控制系統(tǒng)
        5. Labview編寫控制系統(tǒng)
    6.3 下肢假肢膝關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
        6.3.1 階躍信號響應(yīng)實(shí)驗(yàn)
        6.3.2 正弦信號響應(yīng)實(shí)驗(yàn)
    6.4 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果
致謝



本文編號：3815844