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双自由度控制平台的设计与研究
作 者: 王海曼
导 师: 杨鹏
学 校: 河北工业大学
专 业: 控制科学与工程
关键词: 智能假肢 实验平台 运动控制器 伺服电机 关节
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 24次
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内容摘要
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。
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全文目录
摘要 4-5 ABSTRACT 5-8 第一章 绪论 8-12 §1-1 选题的背景和意义 8 §1-2 国内外研究概况及发展趋势 8-11 1-2-1 国外发展概况 8-9 1-2-2 国内发展概况 9-11 §1-3 主要研究内容 11-12 第二章 人体下肢运动信号的采集与分析 12-17 §2-1 人体下肢运动信号检测 12-14 2-1-1 测试方法 12-13 2-1-2 实验内容 13-14 §2-2 人体下肢动力学分析 14-16 §2-3 小结 16-17 第三章 控制系统的组成 17-22 §3-1 控制卡介绍 17-18 §3-2 单轴运动 18-20 §3-3 多轴运动 20-21 §3-4 小结 21-22 第四章 单腿实验平台的机构及控制设计 22-32 §4-1 初级试验阶段机械结构 22 §4-2 单腿平台的系统组成 22-23 §4-3 单腿平台的控制方法 23-31 4-3-1 单轴运动的控制方法及软件设计 23-25 4-3-2 两轴协调运动的控制方法及软件设计 25-31 §4-4 小结 31-32 第五章 双腿平台的机械结构及控制方法 32-49 §5-1 机械结构设计 32-33 §5-2 驱动器和电机选型 33-35 5-2-1 驱动器选型 33-34 5-2-2 电机的选型 34-35 §5-3 硬件接线方式 35-37 §5-4 控制方法 37-47 5-4-1 步态分析 37-39 5-4-2 软件设计 39-47 §5-5 小结 47-49 第六章 结论与展望 49-50 §6-1 论文完成的主要工作和创新点 49 §6-2 工作展望 49-50 参考文献 50-53 致谢 53-54 攻读学位期间所取得的相关科研成果 54
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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