主动下肢假肢膝关节全液压驱动系统研究
发布时间：2023-05-13 12:46
主动下肢假肢膝关节是目前国内外企业、高校、科研机构研究的热点,它旨在解决众多下肢截肢患者穿戴假肢以实现自然行走的迫切需求与性能不足的显著矛盾。但因我国主动下肢假肢产品匮乏、价格昂贵,在结构、驱动、人机控制等核心技术上存在发展瓶颈,较欧美发达国家之间存在很大差距,亟需突破。本文以“国家重点研发计划——膝踝一体化仿生智能下肢假肢关键技术与应用研究”课题为研究背景,通过分析人体膝关节的生物力学特性,设计下肢假肢膝关节的液压驱动系统,并对下肢假肢膝关节的主动液压驱动系统的控制算法进行研究,最终目标为研制出一种能耗低、环境适应性强、运动自然、成本低和可靠性高的主动驱动下肢假肢。具体内容如下:首先,简单介绍人体膝关节的结构及原理,分析人体行走的运动特点,并对其简化后的膝关节模型进行生物力学(运动学和动力学)分析,为下肢假肢膝关节结构及控制的设计提供了理论依据。其次,根据下肢假肢膝关节可以主动提供力矩并减小膝关节的体积及能耗的设计需求,提出采用摆动缸代替目前普遍使用的直线液压缸,设计下肢假肢膝关节直驱式液压驱动系统的工作原理图,进行相关液压元件参数的计算及选型,根据元件的型号进行膝关节液压集成阀块的...
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.3 下肢假肢膝关节分类
1.3.1 被动下肢假肢膝关节
1.3.2 主动下肢假肢膝关节
1.4 下肢假肢膝关节国内外发展历程及研究现状
1.4.1 国外发展历程及研究现状
1.4.2 国内发展历程及研究现状
1.5 直驱式液压伺服系统的国内外发展现状
1.6 论文研究内容及结构
第2章 人体下肢生物力学分析
2.1 下肢假肢膝关节结构模型分析
2.1.1 人体平面定义
2.1.2 膝关节结构简化
2.2 人体行走步态分析
2.3 下肢假肢运动学与动力学建模
2.3.1 运动学分析
2.3.2 动力学分析
2.4 本章小结
第3章 下肢假肢膝关节直驱式液压系统及结构设计
3.1 下肢假肢膝关节整体设计
3.2 下肢假肢膝关节直驱式液压系统
3.2.1 下肢假肢膝关节直驱式液压系统原理
3.2.2 下肢假肢膝关节直驱式液压系统设计
3.3 下肢假肢膝关节参数分析
3.3.1 摆动缸参数计算
3.3.2 液压元件选取
3.3.3 集成式阀体设计
3.4 下肢假肢膝关节整体三维模型
3.5 本章小结
第4章 膝关节直驱式液压系统数学模型及稳定性分析
4.1 液压系统建模过程分析
4.2 直流电机的数学模型
4.2.1 直流无刷电机的组成
4.2.2 无刷直流电机的工作原理
4.2.3 直流无刷电机的矢量控制与坐标变换
4.2.4 直流无刷电机的数学模型
4.2.5 直流无刷电机传递函数模型
4.3 直驱式泵控缸系统模型
4.4 直驱式液压驱动系统的模型及稳定性分析
4.5 本章小结
第5章 下肢假肢膝关节控制策略研究
5.1 引言
5.2 常规PID
5.3 模糊控制概述
5.4 模糊PID的设计
5.4.1 模糊PID控制原理
5.4.2 直驱式模糊PID角度控制系统
5.4.3 输入输出量的模糊化
5.4.4 模糊控制规则的建立
5.4.5 模糊控制的清晰化
5.4.6 模糊控制的参数自调整
5.4.7 模糊PID控制算法的实现
5.5 膝关节直驱式液压驱动系统的仿真分析
5.5.1 建立膝关节直驱式液压驱动系统的仿真模块
5.5.2 膝关节直驱式液压驱动系统的仿真分析
5.6 本章小结
第6章 下肢假肢膝关节实验研究
6.1 引言
6.2 下肢假肢膝关节实验装置
1. 下肢假肢膝关节硬件装配
2. 角度传感器
3. 信息采集卡
4. 下肢假肢膝关节控制系统
5. Labview编写控制系统
6.3 下肢假肢膝关节驱动系统的实验及结果分析
6.3.1 阶跃信号响应实验
6.3.2 正弦信号响应实验
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
本文编号：3815844
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.3 下肢假肢膝关节分类
1.3.1 被动下肢假肢膝关节
1.3.2 主动下肢假肢膝关节
1.4 下肢假肢膝关节国内外发展历程及研究现状
1.4.1 国外发展历程及研究现状
1.4.2 国内发展历程及研究现状
1.5 直驱式液压伺服系统的国内外发展现状
1.6 论文研究内容及结构
第2章 人体下肢生物力学分析
2.1 下肢假肢膝关节结构模型分析
2.1.1 人体平面定义
2.1.2 膝关节结构简化
2.2 人体行走步态分析
2.3 下肢假肢运动学与动力学建模
2.3.1 运动学分析
2.3.2 动力学分析
2.4 本章小结
第3章 下肢假肢膝关节直驱式液压系统及结构设计
3.1 下肢假肢膝关节整体设计
3.2 下肢假肢膝关节直驱式液压系统
3.2.1 下肢假肢膝关节直驱式液压系统原理
3.2.2 下肢假肢膝关节直驱式液压系统设计
3.3 下肢假肢膝关节参数分析
3.3.1 摆动缸参数计算
3.3.2 液压元件选取
3.3.3 集成式阀体设计
3.4 下肢假肢膝关节整体三维模型
3.5 本章小结
第4章 膝关节直驱式液压系统数学模型及稳定性分析
4.1 液压系统建模过程分析
4.2 直流电机的数学模型
4.2.1 直流无刷电机的组成
4.2.2 无刷直流电机的工作原理
4.2.3 直流无刷电机的矢量控制与坐标变换
4.2.4 直流无刷电机的数学模型
4.2.5 直流无刷电机传递函数模型
4.3 直驱式泵控缸系统模型
4.4 直驱式液压驱动系统的模型及稳定性分析
4.5 本章小结
第5章 下肢假肢膝关节控制策略研究
5.1 引言
5.2 常规PID
5.3 模糊控制概述
5.4 模糊PID的设计
5.4.1 模糊PID控制原理
5.4.2 直驱式模糊PID角度控制系统
5.4.3 输入输出量的模糊化
5.4.4 模糊控制规则的建立
5.4.5 模糊控制的清晰化
5.4.6 模糊控制的参数自调整
5.4.7 模糊PID控制算法的实现
5.5 膝关节直驱式液压驱动系统的仿真分析
5.5.1 建立膝关节直驱式液压驱动系统的仿真模块
5.5.2 膝关节直驱式液压驱动系统的仿真分析
5.6 本章小结
第6章 下肢假肢膝关节实验研究
6.1 引言
6.2 下肢假肢膝关节实验装置
1. 下肢假肢膝关节硬件装配
2. 角度传感器
3. 信息采集卡
4. 下肢假肢膝关节控制系统
5. Labview编写控制系统
6.3 下肢假肢膝关节驱动系统的实验及结果分析
6.3.1 阶跃信号响应实验
6.3.2 正弦信号响应实验
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢
本文编号：3815844
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