假肢膝关节机构的多目标优化设计

摘要

背景：如何实现穿戴者的舒适性、运动的灵活性一直是假肢膝关节研究的焦点.目的：分析膝关节运动过程的瞬心规律,构造合适的评价函数,使其更好地满足穿戴者舒适与自然的要求,进而得到假肢膝关节结构参数.方法：选取假肢膝关节四连杆机构作为研究对象,建立机构运动学模型,并利用三心定理,推导出连杆瞬心轨迹.考虑穿戴者运动的舒适性,建立了打分系统模型作为评价函数.进一步考虑假肢运动的自然性,以膝盖弯曲过程中实际瞬心与理想瞬心总偏差最小,以及上述的评价函数最大值作为双重优化目标,以假肢膝关节机构仿生学约束、双摇杆机构尺寸约束作为约束条件,建立多目标优化模型.结果与结论：运用主要目标法,并通过MATLAB编程得到了优化后的假肢膝关节机构的参数.所设计的四杆机构较好地协调了假肢穿戴者的舒适性与运动的自然性.