輕便型助行外骨骼機器人研制與步態(tài)生成方法

輕便型助行外骨骼機器人研制與步態(tài)生成方法匯報人：2023-12-19引言輕便型助行外骨骼機器人系統(tǒng)設計步態(tài)生成方法研究輕便型助行外骨骼機器人實驗研究總結與展望目錄引言01人口老齡化隨著社會老齡化趨勢加劇，行動不便的老年人口數(shù)量逐漸增多，對輔助行走工具的需求增加?？祻歪t(yī)學需求存在肢體運動功能障礙的患者需要輔助行走裝置幫助恢復行走能力，提高生活質(zhì)量。技術發(fā)展趨勢機械外骨骼作為新一代輔助行走工具，具有便攜、輕便、適應性強等優(yōu)點，逐漸受到關注。研究背景與意義

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國外研究以美國、日本等國家為代表，技術起步早，研發(fā)實力強，擁有多項核心技術專利。國內(nèi)研究近年來國內(nèi)企業(yè)及科研院所開始關注外骨骼機器人技術，逐漸涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的研究成果。發(fā)展趨勢隨著人工智能、傳感器等技術的不斷發(fā)展，外骨骼機器人在智能化、適應性、舒適性等方面有更大的發(fā)展空間。研究目標：針對輕便型助行外骨骼機器人的研制，研究一種適應不同用戶需求的步態(tài)生成方法，提高機器人的行走穩(wěn)定性和舒適性。主要內(nèi)容輕便型助行外骨骼機器人結構設計：基于人體工學和機械設計原理，設計一種輕便、舒適、可靠的外骨骼結構。步態(tài)生成算法研究：分析人體行走步態(tài)規(guī)律，建立數(shù)學模型，研究一種自適應于不同用戶的步態(tài)生成算法。控制系統(tǒng)設計：根據(jù)機器人的運動需求，設計一種高效、穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機器人與用戶的協(xié)同行走。實驗驗證與優(yōu)化：通過實驗驗證外骨骼機器人的性能和舒適性，根據(jù)實驗結果對外骨骼結構和步態(tài)生成算法進行優(yōu)化。研究目標與主要內(nèi)容輕便型助行外骨骼機器人系統(tǒng)設計02人體工學設計根據(jù)人體工學原理，優(yōu)化機器人結構，提高穿戴舒適度和安全性。關節(jié)設計與運動范圍合理設計機器人的關節(jié)，確保足夠的運動范圍和靈活性，適應不同人群的行走需求。結構輕量化采用高強度材料和結構設計，降低機器人整體重量，提高便攜性。機器人結構設計與優(yōu)化控制系統(tǒng)架構采用分布式控制系統(tǒng)架構，實現(xiàn)機器人各部分協(xié)同工作。驅(qū)動系統(tǒng)采用高效、穩(wěn)定的電機驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)機器人的運動控制。傳感器融合將多種傳感器融合，實現(xiàn)機器人姿態(tài)、速度等參數(shù)的精確測量和控制?？刂葡到y(tǒng)設計及實現(xiàn)03數(shù)據(jù)處理與反饋控制對傳感器數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)機器人運動狀態(tài)的實時反饋和控制，提高機器人的穩(wěn)定性和適應性。01傳感器類型選擇選用合適的傳感器，如加速度計、陀螺儀、力傳感器等，實現(xiàn)對機器人運動狀態(tài)和外部環(huán)境的感知。02傳感器布局與集成合理布局和集成傳感器，確保數(shù)據(jù)的準確性和實時性，提高機器人整體性能。傳感器系統(tǒng)設計與集成步態(tài)生成方法研究03將人體步態(tài)周期劃分為支撐相和擺動相，并確定各階段的特征。人體步態(tài)周期劃分關鍵姿態(tài)提取人體步態(tài)模型建立通過運動捕捉系統(tǒng)獲取人體行走時的關鍵姿態(tài)數(shù)據(jù)，如足底與地面的接觸點、膝關節(jié)角度等。基于關鍵姿態(tài)數(shù)據(jù)，建立人體步態(tài)模型，描述行走過程中各關節(jié)和姿態(tài)的變化。030201人體步態(tài)特征提取與建模123利用建立好的人體步態(tài)模型，通過調(diào)整模型參數(shù)或狀態(tài)變量，生成符合目標步態(tài)特征的行走序列?；谀Ｐ偷牟綉B(tài)生成通過深度學習或機器學習算法，學習大量行走數(shù)據(jù)中的特征和規(guī)律，生成符合目標步態(tài)特征的行走序列?；趯W習的步態(tài)生成將基于模型的步態(tài)生成和基于學習的步態(tài)生成方法進行融合，以提高步態(tài)生成的準確性和穩(wěn)定性。融合多種方法的步態(tài)生成步態(tài)生成算法設計與實現(xiàn)實驗設備與環(huán)境實驗數(shù)據(jù)采集實驗驗證結果分析實驗驗證與分析01020304搭建實驗環(huán)境，包括行走測試平臺、運動捕捉系統(tǒng)等，用于采集實驗數(shù)據(jù)。采集不同年齡、性別和身體狀況的人行走時的關鍵姿態(tài)數(shù)據(jù)。將生成的行走序列與實驗數(shù)據(jù)進行對比，驗證步態(tài)生成算法的準確性和有效性。對實驗結果進行分析，評估步態(tài)生成算法的性能和優(yōu)缺點，并提出改進方向。輕便型助行外骨骼機器人實驗研究04輕便型助行外骨骼機器人實驗平臺包括硬件設備、控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)等部分。實驗平臺組成在實驗室和康復中心等場所進行實驗，確保測試環(huán)境的安全性和穩(wěn)定性。測試環(huán)境準備好所需的硬件設備、軟件工具和實驗材料，并進行必要的調(diào)試和校準。實驗設備準備實驗平臺搭建與測試環(huán)境設置通過實驗研究輕便型助行外骨骼機器人的性能、步態(tài)生成方法和應用效果。實驗目標設計合理的實驗方案，包括實驗對象、實驗步驟、數(shù)據(jù)采集和分析方法等。實驗方案按照實驗方案進行實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，并對實驗結果進行分析和討論。實驗實施實驗方案設計與實施過程數(shù)據(jù)處理與分析實驗結果分析與討論對實驗數(shù)據(jù)進行處理和分析，提取有用的信息，并繪制圖表和表格進行展示。結果討論根據(jù)實驗結果，對輕便型助行外骨骼機器人的性能、步態(tài)生成方法和應用效果進行討論和評價。總結實驗結果，得出結論，并提出改進和優(yōu)化建議。結論總結總結與展望05輕便型助行外骨骼機器人研制取得了重要進展，實現(xiàn)了對下肢運動功能的輔助與增強。該機器人具有輕量化、便攜性、自適應性等特點，為截癱、偏癱等行動不便人群提供了有效的輔助行走工具。成果總結該研究在輕便型助行外骨骼機器人的設計、制造、控制等方面取得了創(chuàng)新性成果，為外骨骼機器人在醫(yī)療康復領域的應用提供了有力支持。同時，該研究也為相關領域的研究提供了有益的參考和借鑒。成果評價研究成果總結與評價進一步完善輕便型助行外骨骼機器人的功能和性能，提高其適應性和舒適性，以滿足更多不同程度行動不便人群的需求。研究方向一探索輕便型助行外骨骼機器人在其他領域的應用，如軍事、救援、旅游等，拓展其應用范圍和價值。研究方向二