腱驱动假肢手抓握力控制系统的控制性能研究

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1、万方数据中图分类号!￡2垒!：三UDC621硕士学位论文学校代码!Q533密级公珏腱驱动假肢手抓握力控制系统的控制性能研究ResearchonControlPerformanceofGraspingForceControlSystemfortheTendon·-drivenProsthetichand作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：吾fJ指导教师：吕亚平机械工程机械电子工程机电工程学院李群明论文答辩日期丝!生：皇二l’6答辩委员会主席中南大学2014年5月万方数据学位论文原创性声明本人郑

2、重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：吕亚乎学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和

3、电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：婵新签名瑙心导师签名：X：、，。V万方数据硕士学位论文摘要腱驱动假肢手抓握力控制系统的控制性能研究摘要：假肢手稳定有效地抓取物体是穿戴者完成日常生活工作中的各种任务的前提，所以设计出结构简单、动态响应特性良好的假肢手抓握力控制系统对于假肢手的应用推广尤为重要。本文首先研究腱驱动假肢手的响应特性，分析假肢手恢复弹簧刚度与被抓物体

4、刚度对动态响应的影响，并对力敏传感器(FSR)进行辨识建模，研究压力传感器FSR对控制性能的影响，根据分析结果设计适合的控制器，以期提高假肢手系统的响应特性。具体研究内容如下：首先建立了腱驱动假肢手系统的模型，获得了假肢手恢复弹簧刚度与被抓物体刚度对假肢手系统动态响应的影响规律，分析了开环系统稳定性和响应特性。通过实验得到压力传感器的响应特性，根据实验结果，采用近似最优辅助变量法，建立了不同阶次的压力传感器的动态数学模型，并通过实验对比选取合适的阶次作为压力传感器模型阶次。选取PID控制器，分析了压力传感器、假

5、肢手恢复弹簧刚度、被抓物体刚度及建模误差对假肢手抓握力控制性能的影响。针对假肢手系统存在外部干扰、摩擦、间隙等非建模误差因素，传统PID无法获得预期控制目标，因此设计模糊PID控制器以改善假肢手系统响应特性。最后通过搭建抓握力控制实验平台，实验研究假肢手控制性能。采用压力传感器FSR测量假肢手抓握力，利用NI．PXI虚拟仪器平台对假肢手进行实时控制，并在LabView中完成假肢手抓握力控制编程、数据采集等任务。通过在此平台上进行的假肢手抓握力控制实验，结果验证了控制系统的有效性。图59幅，表8个，参考文献85篇

6、。关键词：假肢手；腱驱动；控制性能；抓握力；压力传感器分类号：TP241．3II万方数据硕士学位论文ABSTRACT．———————————————————————————————————————————————————————一ResearchonControlPerformanceofGraspingForceControlSystemfortheTendon．drivenProsthetichandAbstract：Prosthetichandstablyandeffectivelygraspingobj

7、ectisthepremiseofitswearercompletesvarioustasksinthedailylife，SOgraspingforcecontrolsystemwithsimplestructureandgooddynamicresponsecharacteristicsisveryimportantfortheapplicationandpopularizationoftheprosthetichand．Toanalyzetheinfluenceofprosthetichandrestor

8、espringstiffnessandobjectstiffnessonthedynamicresponse，thesystemcharacteristicsoftendon-drivenprosthetichandisstudied．Then，weestablishedthedynamicmathematicalmodeloftheForceSensingResistorsandst