主動式踝關(guān)節(jié)假肢的優(yōu)化設(shè)計與阻抗控制的開題報告

主動式踝關(guān)節(jié)假肢的優(yōu)化設(shè)計與阻抗控制的開題報告開題報告論文題目：主動式踝關(guān)節(jié)假肢的優(yōu)化設(shè)計與阻抗控制一、研究背景及意義近年來，隨著生物力學(xué)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員對于假肢技術(shù)的研究不斷深入，尤其是對于腿部假肢技術(shù)的發(fā)展逐漸走向智能化和機電一體化方向，通過對假肢進行感知、控制、反饋等處理，達到與自然行走接近的效果。其中，踝關(guān)節(jié)假肢的研究備受關(guān)注，由于踝關(guān)節(jié)在行走過程中發(fā)揮著重要作用，且踝部受傷或殘缺的用戶需要通過假肢來恢復(fù)正常行走功能。然而，目前市場上大多數(shù)踝關(guān)節(jié)假肢是被動式的，缺乏機電一體化的功能，無法與個體需求相匹配。而主動式踝關(guān)節(jié)假肢可以通過電機控制實現(xiàn)主動運動，實現(xiàn)自然步態(tài)。因此，本論文主要研究主動式踝關(guān)節(jié)假肢，通過優(yōu)化設(shè)計和阻抗控制技術(shù)，達到更好的行走效果和個性化定制。二、研究內(nèi)容1.主動式踝關(guān)節(jié)假肢構(gòu)造設(shè)計通過對人類正常行走過程的生物力學(xué)和運動學(xué)研究，結(jié)合假肢技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定性良好的主動式踝關(guān)節(jié)假肢。2.偏外力控制策略由于主動式踝關(guān)節(jié)假肢具有主動運動功能，因此需要避免過度主動。本文將開展偏外力控制策略的研究，包括力矩控制和壓力控制。對于行走時的偏外力分析，可采用紅外傳感器探測力矩，壓力控制則根據(jù)足底接觸面積和重心位置進行計算。3.人體模型優(yōu)化本文將開展基于人體模型的優(yōu)化研究，建立三維人體模型，包括關(guān)節(jié)和肌肉的力學(xué)參數(shù)。結(jié)合主動式踝關(guān)節(jié)假肢的設(shè)計和控制策略，開展模型算法的優(yōu)化和驗證，進一步優(yōu)化假肢的控制精度和行走效果。4.實驗驗證本文將設(shè)計實驗驗證，首先將采用預(yù)定義的步伐模式進行初步測試，然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行參數(shù)調(diào)整，進一步優(yōu)化假肢的性能。在模擬不同的場景下，測試主動式踝關(guān)節(jié)假肢的性能。最終，進一步測試不同行走條件下主動式踝關(guān)節(jié)假肢的表現(xiàn)。三、預(yù)期成果1.設(shè)計出穩(wěn)定、功能齊全的主動式踝關(guān)節(jié)假肢，并實現(xiàn)個性化定制。2.開發(fā)出偏外力控制策略，解決主動式踝關(guān)節(jié)假肢過度主動的問題。3.建立和優(yōu)化基于人體模型的算法和控制策略，提高假肢的控制精度和行走效果。4.驗證實驗，驗證主動式踝關(guān)節(jié)假肢在各種行走條件下的性能表現(xiàn)。四、研究方法1.文獻調(diào)研：收集國內(nèi)外主動式踝關(guān)節(jié)假肢領(lǐng)域的最新研究成果和技術(shù)。2.系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化：根據(jù)生物力學(xué)和運動學(xué)的理論，結(jié)合假肢技術(shù)發(fā)展，設(shè)計高性能的主動式踝關(guān)節(jié)假肢。3.算法和控制策略優(yōu)化：根據(jù)所建立的人體模型和設(shè)計的假肢模型，通過數(shù)值模型和仿真實驗進行算法和控制策略優(yōu)化。4.實驗驗證：設(shè)計不同行走條件和場景，測試主動式踝關(guān)節(jié)假肢的性能表現(xiàn)。五、論文框架與進展計劃1.緒論：概述主動式踝關(guān)節(jié)假肢研究的背景、意義和研究現(xiàn)狀。2.主動式踝關(guān)節(jié)假肢結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選擇。3.偏外力控制策略研究。4.人體模型的建立與優(yōu)化研究。5.算法及控制策略的研究優(yōu)化。6.實驗驗證及結(jié)果分析。7.結(jié)論與展望。進展計劃：預(yù)計在六個月內(nèi)完成主動式踝關(guān)節(jié)假肢結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料選擇、偏外力控制策略研究和人體模型的建立與優(yōu)化研