基于复合摆线的下肢假肢步态规划及运动仿真

摘 要 针对现有假肢产品步态质量不佳的问题,结合四连杆机构和磁流变阻尼器设计了一种磁流变阻尼下肢假肢。基于复合摆线理论对下肢假肢进行了步态规划,并对所得轨迹曲线进行了优化。通过对轨迹曲线的逆运动学求解,得到了下肢假肢的膝关节和髋关节曲线。为验证关节曲线和下肢假肢结构设计的合理性,采用SolidWorks Motion对下肢假肢进行了运动仿真吧,并且利用关节电机进行轨迹跟随实验。结果表明,在关节曲线的驱动下,下肢假肢能够实现连续稳定的行走,具有良好的步态特性。     

假肢膝关节磁流变阻尼器的多目标优化设计与分析

为解决目前应用于假肢膝关节的磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)存在的问题,通过建立假肢膝关节磁流变阻尼器结构参数与优化目标之间的关系模型;以磁流变阻尼器的低功耗化及轻量化为优化目标,采用多目标遗传算法对其关键几何尺寸进行优化,分析各参数对优化目标的影响,并得出最优化的解。研究结果表明:优化过后的假肢膝关节磁流变阻尼器的体积及功耗分别减小了21%和36%,同时其输出阻尼力并没有受到影响;阻尼器的功耗优化与体积优化之间存在相互制衡关系,因此在寻求最优解时,应考虑实际情况的需要,选择最为合理的参数。     

分体式磁流变阻尼器设计

为了降低磁流变阻尼器的维修难度,提高磁流变阻尼器的工作可靠性,设计了分体式磁流变阻尼器．该阻尼器由液压缸和磁流变控阀组成．磁流变控阀的内部包含阻尼通道和励磁线圈．通过对磁流变控阀的控制实现阻尼器输出力的控制．介绍了分体式磁流变阻尼器的工作原理．以最大输出力为490N的分体式磁流变阻尼器设计过程为例,给出了磁流变控阀的设计过程和结构参数．     

基于全构件模型的磁流变阻尼器磁路分析及测试

为得到磁流变阻尼器阻尼间隙处的磁感应强度,对磁流变阻尼器的全构件磁路进行了理论分析,根据等效磁路理论给出磁流变阻尼器有效间隙处磁感应强度的计算方法.基于通用有限元软件建立包含不同构件的磁流变阻尼器有限元模型,计算阻尼间隙处的磁感应强度,并对相应工况下的磁感应强度进行实测.最后,建立了磁流变阻尼器的全构件有限元模型,计算了阻尼间隙处的磁感应强度,并与简化模型的仿真值进行对比.结果表明,考虑非工作磁路的仿真计算结果与实测值基本吻合,基于全构件模型的磁感应强度仿真计算结果更加准确.因此在利用有限元进行磁路分析和设计时,应充分考虑磁流变阻尼器中所有导磁构件对磁场强度的影响.     

基于磁流变阻尼器的冲击缓冲系统控制方法

针对磁流变阻尼器在冲击缓冲系统中的应用,该文对其控制方法进行理论和实验研究.设计了冲击载荷下磁流变后坐缓冲试验系统,通过磁流变阻尼器的动态试验分析选定控制区域,提出将磁流变阻尼器多项式动力学模型应用于缓冲系统的仿真建模以及输出电流的反解,分别设计了一维和二维模糊控制器.用两种量化的充满度评价后坐缓冲的控制效果,仿真和试验结果表明,相对于原始后坐缓冲效果,磁流变后坐缓冲装置在模糊控制作用下的充满度指标明显提高,其中二维模糊控制效果较一维模糊控制效果更优.     

磁流变旋转阻尼器阻尼力矩的数值计算与结构设计

从磁流变液本构关系出发，建立了磁流变旋转阻尼器阻尼力矩的计算模型．应用有限元的数值分析方法，计算了几种典型结构旋转阻尼器的阻尼力矩，并提出了阻尼片与内腔壁的间隙对阻尼力矩有较大的影响．对数值模拟的结果进行比较，得出了结构设计中应遵从的一般性原则，为磁流变旋转阻尼器的结构设计提供了理论依据．依据该原则，设计了一种以磁流变液为阻尼介质和密封材料的新型旋转阻尼器．     

磁流变阻尼器控制拉索振动的优化参数研究

采用磁流变阻尼器控制斜拉桥拉索振动是一项新的拉索减振技术.根据不同拉索的几何、力学条件确定磁流变阻尼器的优化电压是取得最佳减振效果的关键.基于组合磁流变阻尼器的拉索运动方程,采用改进的Bouc Wen磁流变阻尼器模型,对安装磁流变阻尼器后多根拉索的阻尼特性进行了数值仿真计算,得到了拉索系统模态阻尼比与阻尼器输入电压的关系.采用非线性最小二乘方法,得到了考虑拉索参数、振幅、模态阶次及阻尼器安装高度等因素的阻尼器优化设计曲线.并在岳阳洞庭湖大桥进行了实桥振动控制试验,结果与数值仿真具有很好的一致性.图9,表1,参8.     

车辆座椅悬架用磁流变阻尼器的阻尼特性实验研究

在分析磁流变阻尼器的工作原理和简化模型的基础上,以座椅悬架用磁流变阻尼器为实验对象,在不同控制电流和不同激振频率输入下,对磁流变阻尼器的阻尼特性进行了台架实验研究。结果表明,该磁流变阻尼器耗能效果明显,而且阻尼力随着控制电流、激振频率的增加而增大,并趋于平衡。     

伺服摆动气缸内置式磁流变阻尼器优化设计

为了实现摆动气缸的伺服精确定位,研究开发了一种内置磁流变阻尼器的伺服摆动气缸.提出了磁流变阻尼器的结构与磁路的集成优化设计模型.推导了磁流变阻尼器的阻尼力矩公式.以最大阻尼力矩和最小磁流变阻尼器体积为单目标函数,利用线性加权和法建立综合目标函数.采用遗传算法获得满足饱和磁感应强度和阻尼器核心结构参数要求的最优方案,使阻尼器的阻尼性能提高了64.4％.经电磁有限元分析验证该优化方案是可行的.     

磁流变液对转子系统的影响规律实验研究

针对磁流变阻尼器能够通过变刚度和变阻尼实现半主动控制,搭建单跨转子实验台,将磁流变阻尼器作为辅助装置安装于转子跨内,通过实验研究阻尼器内磁流变液对转子系统的影响规律。结果表明,阻尼器通电状况下,使用的磁流变液质量比较小,即铁粉占比较大时,阻尼器可等效为刚性支撑,为转子提供刚度,并改变其临界转速;阻尼器使用的磁流变液质量比增大到一定程度时,阻尼器为转子提供阻尼,能有效抑制转子振动;质量比继续增大,则振动降幅随之减小;磁流变液所用硅油黏度增大时,阻尼器对转子系统振动的抑制作用增强。