動力大腿假肢可以彌補傳統(tǒng)被動假肢因膝、踝關(guān)節(jié)缺少動力元件,而無法幫助大腿截肢者在上樓過程中完成身體抬升,以及在下樓過程中的提供穩(wěn)定支撐的問題。但現(xiàn)有動力假肢樓梯步態(tài)控制策略還停留在較底的關(guān)節(jié)層面,即通過模仿人體關(guān)節(jié)的力矩輸出特性,從而達到助力的效果,并未從整體的角度考慮動力假肢和殘肢對人體的綜合作用。針對以上問題,本文結(jié)合足式機器人控制技術(shù),提出一種基于虛擬模型的步態(tài)控制方法,從下肢整體的角度出發(fā),用以幫助截肢者獲得更好的樓梯行走體驗。論文的主要工作和成果有:(1)以壓力中心和質(zhì)心為基點,構(gòu)建了人體下肢虛擬模型。根據(jù)健康人樓梯行走實驗中所采集的下肢生物力學(xué)信息,分析了人體上下樓過程中支撐期的質(zhì)心功率、虛擬腿沿腿力F_N、擺動角度α以及足部水平夾角θ_f等數(shù)據(jù)的變化規(guī)律,為動力假肢樓梯虛擬模型控制器的設(shè)計提供了生物力學(xué)基礎(chǔ)。(2)結(jié)合第一代動力假肢的缺陷以及集成化等新的需求,設(shè)計了第二代動力大腿假肢,為樓梯虛擬模型控制器的實施提供了穩(wěn)定的平臺。放棄踝關(guān)節(jié)基于串聯(lián)彈性驅(qū)動器的設(shè)計方案,改用高功率密度力矩電機加小減速比減速器的搭配,降低了控制難度,增大...

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
    1.3 文獻綜述
    1.4 論文研究內(nèi)容
第2章 健康人樓梯步態(tài)生物力學(xué)分析
    2.1 引言
    2.2 健康人樓梯行走實驗方案
    2.3 數(shù)據(jù)處理方法
    2.4 數(shù)據(jù)分析結(jié)果
        2.4.1 上樓下肢步態(tài)生物力學(xué)分析
        2.4.2 下樓下肢步態(tài)生物力學(xué)分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 動力大腿假肢的硬件平臺搭建
    3.1 引言
    3.2 動力假肢總體設(shè)計方案
        3.2.1 機械結(jié)構(gòu)方案
        3.2.2 控制系統(tǒng)架構(gòu)
    3.3 假肢硬件平臺設(shè)計目標
        3.3.1 第一代動力大腿假肢簡介
        3.3.2 自由度及幾何參數(shù)指標
        3.3.3 關(guān)節(jié)力矩與功率需求
        3.3.4 穩(wěn)定的足底信號
        3.3.5 假肢硬件系統(tǒng)集成
    3.4 系統(tǒng)關(guān)鍵零部件選擇
        3.4.1 動力與傳動方案
        3.4.2 關(guān)節(jié)信息獲取
        3.4.3 足底信號獲取
        3.4.4 嵌入式處理器
    3.5 本章小結(jié)
第4章 虛擬模型控制器設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 樓梯步態(tài)控制器總體方案
    4.3 虛擬模型的建模及參數(shù)計算
    4.4 虛擬腿阻抗控制器
    4.5 基于有限狀態(tài)機的步態(tài)控制器設(shè)計
        4.5.1 上樓步態(tài)控制器
        4.5.2 下樓步態(tài)控制器
    4.6 本章小結(jié)
第5章 樓梯步態(tài)控制器效果評估
    5.1 引言
    5.2 實驗方案設(shè)計
    5.3 數(shù)據(jù)處理方法
    5.4 實驗數(shù)據(jù)分析
        5.4.1 上樓運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)分析
        5.4.2 下樓運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)分析
    5.5 本章小節(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3940920