单轴式磁流变假肢膝关节设计及CT+PD轨迹跟踪控制

• 作者: 易锋 胡国良 梅鑫 顾瑞恒
• 来源期刊: 机械科学与技术
• 关键词: 假肢膝关节 磁流变阻尼器 结构设计 CT+PD控制
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 机械动力学
• 页码范围: 985-992
• 页数: 8页
• 分类号: TG156
• 语种: 中文
• DOI: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200177

摘要

针对传统假肢膝关节存在阻尼无法连续可调、仿生性不佳及价格高昂等问题,提出一种以磁流变阻尼器(Magnetorheological damper,MRD)为控制器件的新型磁流变假肢膝关节(Magnetorheological damper-based prosthetic knee,MRPK).基于健康人在平地行走的步态数据,对单轴式MRPK进行结构设计,并建立其处于摆动相内的动力学模型,得到MRD的阻尼力需大于208.6 N及行程需大于33.3 mm.对MRD进行结构设计并利用ANSYS对其进行电磁场仿真分析,同时建立MRD的正向、逆向力学模型并得到其性能曲线.采用联合仿真的方法建立磁流变假肢膝关节控制系统,设计CT+PD轨迹跟踪控制器并与PD控制器对比,仿真得到CT+PD控制器的最大误差为-4.6°,而PD控制器的最大误差为12.3°.初步证明了CT+PD轨迹跟踪控制对MRPK摆动控制的有效性.