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：机械科学与技术, 2021, 40(07): 985-992.

DOI：10.13433/j.cnki.1003-8728.20200177

• 假肢膝关节
• 磁流变阻尼器
• 结构设计
• CT+PD控制

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。

• 单位
  华东交通大学