人工腿仿生設(shè)計(jì)及氣動(dòng)人工肌肉(PMA)實(shí)驗(yàn)建模研究.pdf

1、在智能假肢研究及開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行大量的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，但由于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的工作量大且要求重復(fù)性好，讓殘疾人穿戴假肢進(jìn)行實(shí)驗(yàn)不太現(xiàn)實(shí)。為了給智能假肢的性能測(cè)試提供理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，課題組將仿人機(jī)器人與智能假肢研究相結(jié)合，提出了異構(gòu)雙腿行走機(jī)器人模式。人工腿作為異構(gòu)雙腿行走機(jī)器人的重要組成部分，其主要功能是模擬殘疾人健康腿的正常步態(tài)，給智能仿生腿提供步態(tài)跟隨目標(biāo)軌跡。因此，人工腿的擬人化設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)異構(gòu)雙腿行走機(jī)器人的研究具有非常重要的意義。

2、
　　基于對(duì)人體下肢的生理結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)機(jī)理的分析，本文對(duì)人工腿的整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)及踝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了使人工腿更好地模擬殘疾人健康腿的步態(tài)軌跡，采用四桿機(jī)構(gòu)作為膝關(guān)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，解決了單軸膝關(guān)節(jié)帶來(lái)的行走步態(tài)不自然的問(wèn)題。在驅(qū)動(dòng)方面，采用氣動(dòng)人工肌肉(PMA)作為膝關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)源，從而解決了伺服電機(jī)、液壓裝置等帶來(lái)的剛度太大等問(wèn)題。在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了健康人腿的結(jié)構(gòu)尺寸，使人工腿的結(jié)構(gòu)尺寸與

3、人體相應(yīng)的部位盡量一致。
　　由于氣動(dòng)人工肌肉(PMA)本身具有非線(xiàn)性，解析計(jì)算建模較為困難，本文采用通過(guò)實(shí)驗(yàn)建模的方法來(lái)建立PMA的數(shù)學(xué)模型。搭建了氣動(dòng)人工肌肉性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，分別在等壓、等長(zhǎng)、等載的條件下對(duì)其特性進(jìn)行分析，建立了輸出力、收縮率及輸入壓力三者之間的關(guān)系，基于最小二乘法對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，建立了其精確的數(shù)學(xué)模型。
　　本文詳細(xì)地分析了氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的原理，選擇了驅(qū)動(dòng)的方式，并在動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，建立