基于人手肌肉驱动特征的假肢手电机驱动控制研究

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1、中图分类号堡垒羔!圣UDC621硕士学位论文学校代码!Q5≥圣密级公珏基于人手肌肉驱动特征的假肢手电机驱动控制研究AControlStudyFortheProstheticHand’sMotorDriveBasedOnMuscle’SDriveCharacteristics作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：杨厚忠机械工程机械电子工程机电工程学院邓华教授论文答辩日期盈垃答辩委员会主席轴心中南大学2013年5月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究

2、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，论文中不包含其他入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单位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己在论文中作了明确的说明。作者签名：捣I毽；魄丑年』月工日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位

3、论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。辎慨出上血基于人手肌肉驱动特征的假肢手电机驱动控制研究摘要：假肢手的研究对于残疾人能够进行正常的生活和更好地融入社会是非常重要的，所以制造出具有良好的安全性和柔顺性、能对抓取动作进行实时控制的仿人手假肢对于肢体残疾人来说是迫切需要的。通过建模仿真来分析肌肉驱动系统的变刚度特性，并通过假肢手电机驱动系统的控制方案设计，使假肢手一定程度上复现肌肉驱动的柔顺性。论文主要研究工作包括以下几个方面：

4、(1)采用Hill—type三元素肌肉集中参数模型，直观展示了肌肉输出力和肌肉长度与长度变化速率的关系。对肌肉本体感受器肌梭的动态特性进行了仿真分析，仿真结果验证了肌梭跟肌肉长度、长度变化率和肌梭运动神经输入等因素密切相关。(2)构建单关节神经肌肉骨骼运动系统数学模型。仿真结果表明肌肉驱动系统在自由运动空间和力接触空问过程中具有变刚度特性，且抓握力加载过程平滑且稳定，揭示了人手驱动系统的变刚度柔性驱动特性。(3)提出了基于人手神经肌肉骨骼运动系统仿生驱动跟踪控制策略。分别设计了PID控制器和模糊PID控

5、制器，分别从电机转速控制和力加载仿生跟踪控制两个方面加以仿真分析，仿真结果证实了该控制策略及控制器的合理性和有效性。(4)基于LabView平台搭建了假肢手电机驱动在线实时控制系统。设计电机性能控制和假肢手力加载的实验方案，实现位置、转速和力等闭环控制，并对实验数据进行分析研究。实验结果证实了通过主动仿生跟踪控制能一定程度上实现电机的仿肌肉柔性驱动。关键词：假肢手；变刚度；神经肌肉骨骼运动系统；仿生跟踪；柔性驱动分类号：TP24I．3AControlStudyFortheProstheticHand’S

6、MotorDriveBased0nMuscle’SDriveCharacteristicsAbstract：Prosthetichandisveryimportantfordisabledpeopletocarryoutanormallifeandbetterintegrateintosociety,SOitisanurgentdesireforphysicallydisabledpersonstohaveabionicprosthetichandwithgoodsecurityandflexibili

7、tyandfastreal—timecontrolingraspingmovements．Theneuromusculoskeletalmotionsystem’Svariablestiffnesscharacteristicsisstudiedthroughmodelingandsimulation．TheprosthetichandCanreproducethemuscle—drivenflexibilityinacertainextentbydesigningthecontr01strategyo

8、fthemotordrivesystem．Themainresearchworkincludest11efollowingaspects：(1)Amuscle’Sthree—elementlumpedparametermodelthatiscalledHill-typemusclemodelisused．TheHill—typemusclemodelintuitivelvshowstherelationshipsbetweentheoutp