【摘 要】
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随着生活水平的提高,下肢截肢者已经不满足于行走、站立等最基本的生活状态,希望新的假肢具有使其从事跑步、上下楼梯、走斜坡、甚至打网球等复杂运动的功能,于是智能仿生腿
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随着生活水平的提高,下肢截肢者已经不满足于行走、站立等最基本的生活状态,希望新的假肢具有使其从事跑步、上下楼梯、走斜坡、甚至打网球等复杂运动的功能,于是智能仿生腿应运而生。智能仿生腿具有良好的运动拟人特性和可靠性,然而当假肢穿戴者快速行走、跑步或从事打网球等复杂运动时,假肢关节所承受的冲击和震动载荷将大幅增加。因受制于自身机械结构、材料及动力学特性,一般智能仿生腿在抗冲击震动方面难以满足要求。本文从提高智能仿生腿缓冲减震功能角度出发,对含半月板的智能仿生腿进行设计与仿真研究,主要内容包括:(1)以人体膝关节为研究对象,分析了膝关节的解剖结构和生物力学特性,研究了半月板的结构组成和生物特性。在对人体膝关节缓冲减震机理分析的基础上,综合现有智能仿生腿膝关节的优点设计了一种含半月板的假肢膝关节,并采用ANSYS软件对半月板结构进行了参数优化。(2)用SolidWorks和ADAMS软件建立了含半月的智能仿生腿仿真平台,基于健康人体步态数据进行了行走仿真实验,对半月板结构的缓冲减震性能进行了验证。(3)在对多种磁流变阻尼器正向动力学模型对比分析的基础上,选用Bouc-Wen模型作为磁流变阻尼器建模的基础,并确定磁流变阻尼器正模型的参数。在MATLAB/Simulink中建立磁流变阻尼器正模型仿真模块,用正模型仿真得到的数据训练了 BP神经网络逆模型,并对逆模型预测能力进行了验证。(4)基于SolidWorks、ADAMS、MATLAB/Simulink软件搭建了智能仿生腿联合仿真实验平台,通过RBF神经网络控制仿真获得理想的阻尼力,并用其来检测磁流变阻尼器正逆模型的预测效果,仿真结果表明在磁流变阻尼器所能提供的阻尼力范围内预测结果良好。
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