三自由度主動(dòng)式上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的開(kāi)題報(bào)告

三自由度主動(dòng)式上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的開(kāi)題報(bào)告一、研究背景近年來(lái)，隨著人口老齡化的加劇，上肢功能障礙相關(guān)的疾病和意外事件也逐漸增多?；謴?fù)患者上肢功能的康復(fù)治療是非常重要的，然而傳統(tǒng)的手動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練存在效率低、重復(fù)性差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)力控等缺點(diǎn)。因此，研究開(kāi)發(fā)智能化、主動(dòng)式的上肢康復(fù)機(jī)器人成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。二、研究目的本項(xiàng)目旨在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一種三自由度的主動(dòng)式上肢康復(fù)機(jī)器人。該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡控制、力控制、力矩控制等功能，同時(shí)能夠適應(yīng)不同患者的康復(fù)需求。三、研究?jī)?nèi)容1.設(shè)計(jì)并制造機(jī)器人結(jié)構(gòu)：根據(jù)上肢人體解剖學(xué)結(jié)構(gòu)、康復(fù)需求及機(jī)器人系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)框架，并進(jìn)行實(shí)物制造。2.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡控制：采用運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)軌跡控制算法，并結(jié)合PID控制方法優(yōu)化控制效果。3.實(shí)現(xiàn)力控制：通過(guò)力傳感器獲取機(jī)器人與患者之間的作用力信息，設(shè)計(jì)力控制算法，實(shí)現(xiàn)精確控制力的傳遞。4.實(shí)現(xiàn)力矩控制：通過(guò)力-電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞模型設(shè)計(jì)力矩控制算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人輸出的力矩進(jìn)行控制。四、研究方法1.建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)特定條件分析其動(dòng)力學(xué)特性。2.采用ROS中的機(jī)器人操作系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制，使用C++語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)程序。3.對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)控制采用PID控制方法進(jìn)行優(yōu)化。五、研究意義本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的三自由度上肢康復(fù)機(jī)器人可以在各種嚴(yán)重致殘的情況下進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，以盡快恢復(fù)患者的運(yùn)動(dòng)功能，縮短患者的康復(fù)時(shí)間，提高康復(fù)效果。在工業(yè)方面，該機(jī)器人的研發(fā)也可以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線上，使得人機(jī)協(xié)作更加高效，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。六、研究計(jì)劃本項(xiàng)目計(jì)劃在一年內(nèi)完成，具體工作計(jì)劃如下：1.第1-2個(gè)月：設(shè)計(jì)上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)，搜集機(jī)器人所需材料，進(jìn)行機(jī)器人結(jié)構(gòu)的制造和裝配工作。2.第3-4個(gè)月：建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，編寫機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡控制算法，在機(jī)器人上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3.第5-6個(gè)月：采用力傳感器獲取機(jī)器人與患者之間的作用力信息，并進(jìn)行力控制實(shí)驗(yàn)。4.第7-8個(gè)月：根據(jù)力-電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型設(shè)計(jì)力矩控制算法，并進(jìn)行力矩控制實(shí)驗(yàn)。5.第9-10個(gè)月：優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軌跡控制算法和力、力矩控制算法，測(cè)試機(jī)器人的整體控制效果。6.第11-12個(gè)月：對(duì)機(jī)器人的控制算法進(jìn)行整合和優(yōu)化，完善機(jī)器人操作界面，重新測(cè)試機(jī)器人的整體控制效果。七、研究預(yù)期成果1.一種三自由度的上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)。2.實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡控制、力控制和力矩控制功能的控制算法。3.實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的整體控制和物理特性測(cè)試。4.機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件和硬件原型。五、研究團(tuán)隊(duì)和資源條件研究團(tuán)隊(duì)由碩士生導(dǎo)師和研究生組