基于磁流变阻尼器和半月板的智能仿生腿研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:yxl122702985
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由于疾病、天灾、战争、交通事故和人为伤害等,目前社会上已出现越来越多的肢体残疾患者。下肢假肢可以代偿人体站立、行走等功能,其研究开发具有重要的社会效益和经济效益。传统的机械假肢不能满足肢残人需求的多样性,所以智能假肢便成为肢残人的追求。智能仿生腿是一种集信息技术、电子技术、控制技术、生物医疗技术以及机械技术等为一体的能够最大限度模仿人体健康腿运动的高级智能下肢假肢。智能仿生腿在机构设计和运动拟人方面都较一般假肢有了很大的改善,可以帮助残疾人以更加接近正常人的方式去完成各种活动。因此,智能仿生腿的研究具有重要的实用价值。本论文的主要工作有:(1)在总结智能仿生腿功能需求的基础上,利用Pro/E软件建立了智能仿生腿的总体设计方案,包括膝关节的设计、半月板的设计、踝关节的设计和假脚的选择。膝关节的设计采用四连杆传动机构。通过ADAMS运动学分析四杆膝关节的瞬心轨迹,并对四杆膝关节假肢的稳定性和运动性能进行研究。最后对膝关节的驱动进行设计,提出了基于磁流变阻尼器的半主动控制方案。(2)在研究人体真实半月板的结构和功能的基础上,基于仿生学原理,建立了半月板的仿生结构,然后通过ANSYS软件对半月板进行了有限元分析。(3)在磁流变阻尼器实验的基础上,基于对磁流变阻尼器力学模型的研究,采用Bouc-Wen模型来建立磁流变阻尼器的正向模型,并搭建其Simulink模型,之后采用BP神经网络来建立磁流变阻尼器的逆向模型。(4)通过分析虚拟样机联合仿真技术,选用ADAMS和MATLAB/Simulink搭建智能仿生腿的联合仿真平台。首先采用PID控制算法对仿生腿进行控制仿真,然后在PID控制算法的基础上采用模糊PID控制算法对其进行仿真。
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