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随着汽车已越来越普及,带来的交通事故也越来越多。加之其他的原因如意外事故和局部战争等,致使身体残疾的人口数量巨大,下肢残疾者又占截肢者中的大部分。下假肢可以在一定程度上恢复下肢截肢者的行动能力,是下肢截肢者的重要辅助工具。磁流变下假肢(Magnetorheological damper based lower prosthesis,MDLP)具有响应速度快,出力范围广且阻尼力连续可控,耗能低和结构稳定等优点,越来越多的学者已经开始了对MDLP的研究。本文进行了健康人行走实验,推导了假肢在摆动期的运动学和动力学本构方程,对下假肢进行了动力学分析,对磁流变阻尼器(Magnetorheological damper,MRD)进行了结构设计和磁路设计,为MRD设计了超前校正电路,建立了MRD的系统模型,建立了下假肢的虚拟样机并进行了联合仿真,具体研究内容如下:(1)进行了正常人行走实验,获得正常人髋、膝、踝关节的运动规律。建立了下假肢摆动期的运动学和动力学方程,并结合动力学分析软件对下假肢进行动力学仿真分析,得到下假肢在水平行走时的摆动期的MRD的期望阻尼力。(2)根据期望阻尼力设计了一种工作在纯剪切模式下的多节线圈式双出杆MRD。根据假肢应用背景下对阻尼器提出的轻量化要求,提出了一种将阻尼器结构设计和磁路设计合二为一的优化设计方法,确定了阻尼器的结构尺寸,利用有限元分析软件ANSYS对MRD进行了磁场有限元分析,验证了MRD结构的合理性。(3)对MRD分别进行了稳态磁场分析和瞬态磁场分析,分析了线圈电感和磁路涡流对电流响应时间和磁场响应时间的影响,结果表明涡流对磁场响应时间的影响更大。分别分析了多节线圈串联和并联对电流响应时间的影响。为MRD设计了超前校正电路来改善阻尼器的时滞,分别利用解析法和BP神经网络方法建立了MRD的系统模型,对两种模型进行了比较和评价。(4)建立了MDLP的仿真平台,设计了利用PID控制策略和级联switch结构反馈控制策略两种仿真方案对MDLP样机进行联合仿真。仿真结果表明,基于MRD的BP神经网络模型的级联switch结构反馈控制仿真具有更高的精度,因此,使用该MRD模型和控制策略下的下假肢虚拟样机性能更好。