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踝足假肢电液驱动及控制系统研究
| 论文题名： | 踝足假肢电液驱动及控制系统研究 |
| 关键词： | 踝足假肢;电液直驱;储能装置;参数优化 |
| 摘要： | 对于下肢截肢患者，穿戴不具备主动出力功能的被动假肢难以还原健全肢体功能。相关研究表明，缺失主动输出能力会导致下肢截肢患者消耗更多的能量才能达到预期的行走速度。为设计一款大小与质量合适、具备主动出力功能的踝足假肢，本文利用具有高效率、高功率密度的电液直驱技术为基础来进行研究，满足下肢截肢患者的日常生活的需求。 首先本文从健全人体的踝关节特性出发，探究每个步态阶段中踝关节假肢应当实现的正确的力学特性与能量效果，指出设计踝关节假肢的基本目标是还原健全人体的阻抗特性与可以储存能量并利用，依此设计了踝关节假肢的基本驱动原理。研究表明，在踝足假肢的驱动装置中设置弹性元件可以降低踝足假肢的峰值输出功率以及能量消耗，其中弹性元件的参数对于踝足假肢的能耗起到了关键性的作用。本文在电液直驱为踝足假肢的驱动核心的基础上对弹性元件参数进行优化设计，通过仿真研究了不同优化目标得到的结果，使得动力踝足假肢可以更轻、结构更紧凑、效率更高。对于踝足假肢的控策略，基于仿生学设计了一个以希尔肌肉模型为主体的前馈控制器，通过模拟肌肉反射来实现健全人体的非线性阻抗特性。仿真分析的结果显示，该踝足假肢的驱动装置具有较小的能耗，配合其控制系统可以较大程度上还原健全人体行走过程中的踝关节特性。 |
| 作者： | 李博文 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 黄其涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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