双自由度控制平台的设计与研究

论文摘要

近些年,随着国家康复辅具事业的大力发展,越来越多的科研机构开始投入大量人力物力研究智能假肢,在智能假肢的研制过程中,需要对其性能进行评估和测试,现在应用的最普遍的方法就是截肢者穿戴,然后对假肢的性能根据自己的穿戴感觉进行口头描述,这一方法明显具有很大的主观性,不能够很准确的对假肢进行评价,要想更加客观的体现研制中的假肢的性能,就要寻求一种客观的方法。本论文提出的双自由度假肢实验平台就很好的解决了这个问题。这一平台主要应用于智能下肢假肢的测试,研究的主要内容如下:从分析人体膝关节生理结构和静力学以及人体下肢运动入手,为进一步模拟人体下肢的运动打下基础。利用Solidworks2007设计假肢实验平台的机械结构,使实验平台大小腿和脚的参数参照GB10000-88中国成年人人体尺寸18-60年龄组50百分位的人体参数设计,方便假肢测试时固定在实验平台上,达到与残疾人穿戴假肢同样的效果。采集人体下肢运动的膝髋关节角度信号,经过滤波处理后作为控制系统的输入信号,应用到电机的控制中,最终达到模拟人体步态的目的。以固高运动控制卡为控制核心,在VC环境下编程控制四个伺服电机模拟人体下肢左右腿膝髋关节的运动,最终达到模拟人体下肢的步态运动。电机装置的绝对位置反馈编码器,电机运动的同时,能够通过编码器反馈电机的实际运动位置,再把实际位置信号转换为角度信号和原始输入的角度信号比较,就能知道系统的运行状况。在实际的样机中加入各种传感器作为检测系统,实时反馈假肢的运行情况,对假肢进行客观的评价,并及时的改进假肢的不足之处,达到优化控制的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 选题的背景和意义
• §1-2 国内外研究概况及发展趋势
• 1-2-1 国外发展概况
• 1-2-2 国内发展概况
• §1-3 主要研究内容
• 第二章 人体下肢运动信号的采集与分析
• §2-1 人体下肢运动信号检测
• 2-1-1 测试方法
• 2-1-2 实验内容
• §2-2 人体下肢动力学分析
• §2-3 小结
• 第三章 控制系统的组成
• §3-1 控制卡介绍
• §3-2 单轴运动
• §3-3 多轴运动
• §3-4 小结
• 第四章 单腿实验平台的机构及控制设计
• §4-1 初级试验阶段机械结构
• §4-2 单腿平台的系统组成
• §4-3 单腿平台的控制方法
• 4-3-1 单轴运动的控制方法及软件设计
• 4-3-2 两轴协调运动的控制方法及软件设计
• §4-4 小结
• 第五章 双腿平台的机械结构及控制方法
• §5-1 机械结构设计
• §5-2 驱动器和电机选型
• 5-2-1 驱动器选型
• 5-2-2 电机的选型
• §5-3 硬件接线方式
• §5-4 控制方法
• 5-4-1 步态分析
• 5-4-2 软件设计
• §5-5 小结
• 第六章 结论与展望
• §6-1 论文完成的主要工作和创新点
• §6-2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果