6、新型膝关节内假体与外骨骼控制技术研究

新型膝关节内假体与外骨骼控制技术研究

1. 新型膝关节内假体研究

1.1 研究概述

在相关研究中，详细阐述了一种新型膝关节内假体的虚拟模型，并对六种膝关节假体的虚拟组件进行了有限元分析（FEA）。通过该分析，获取了应力分布和最大冯·米塞斯应力，并对不同组件的这些数值进行了比较。结果显示，P.P - 膝关节组件中的数值低于 I.P - 膝关节组件。

1.2 参数化 3D 模型的作用

参数化 3D 模型为优化假体以及其他类型的植入物提供了可能。具体可通过改变几何形状、材料或接触面积等方式，实现膝关节生物力学的改善，甚至可应用于其他人体关节的研究。

2. 基于观测器的膝关节外骨骼滑模控制

2.1 研究背景

外骨骼作为可穿戴机器人，能在耐力、灵活性和力量方面为人们提供帮助，近年来成为机器人领域的研究焦点。在设计外骨骼系统时，柔顺性是关键问题，许多研究人员尝试通过拟人化设计和柔顺执行器来提高其柔顺性。在控制方面，维持良好的人机交互是研究重点。目前提出的控制策略可分为基于位置的控制、基于力的控制和基于生物信号的控制。其中，阻抗控制是外骨骼系统中广泛应用的基于力的控制策略，但在存在干扰的情况下，其性能会下降。若外骨骼模型存在非线性和不确定性，性能下降会影响柔顺性，为此提出了自适应阻抗控制方法。

2.2 研究目的

为解决干扰导致的估计和控制问题，本文提出了一种基于观测器的滑模控制方法，用于拟人化设计的膝关节外骨骼。

2.3 外骨骼系统与建模

2.3.1 机械结构

采用由两个单自由度四杆机构组