下肢外骨骼助力機器人的隨動控制研究的開題報告

下肢外骨骼助力機器人的隨動控制研究的開題報告一、研究背景下肢外骨骼助力機器人是一種以機械結(jié)構(gòu)為骨架，電動機為驅(qū)動，配合傳感器和控制算法控制自由度的以人體下肢為目標任務的助力機器人，具有較大的應用前景。隨著我國人口老齡化加速，下肢殘疾、腦卒中、骨折等患者群體增加，下肢外骨骼助力機器人在醫(yī)療康復和日常生活場景中的應用受到越來越多的關(guān)注。下肢外骨骼助力機器人一方面能夠使下肢殘疾患者和運動能力受限者恢復行走、提高生活自理能力和生活質(zhì)量；另一方面，它在勞動生產(chǎn)領(lǐng)域中的應用，能夠提高勞動者的工作效率和安全。然而，下肢外骨骼助力機器人的隨動控制問題一直是該領(lǐng)域的一大難題。由于人體下肢的遠近不同，肌肉力量差異大，姿態(tài)和力量分布也有所不同，這些因素大大增加了隨動控制系統(tǒng)的復雜性，同時實現(xiàn)對用戶下肢的靈活自由運動和妥善的支撐也是亟待解決的問題。因此，下肢外骨骼助力機器人的隨動控制研究具有重要的研究意義和實際應用價值。二、研究目的和內(nèi)容本次研究的目的是構(gòu)建一個基于人體生理特征的下肢外骨骼助力機器人隨動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對用戶下肢自由、靈活、可靠的支撐和運動，增強用戶的行走能力和生活自理能力。具體研究內(nèi)容包括：1.下肢外骨骼助力機器人隨動控制算法的設(shè)計與實現(xiàn)。2.基于多傳感器的用戶步態(tài)識別算法研究，在行走過程中動態(tài)的獲取用戶下肢姿態(tài)和力量信息，并精確的控制外骨骼機器人每一個關(guān)節(jié)的角度、力矩、速度和加速度等。3.下肢外骨骼助力機器人機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化，確保外骨骼能夠適應不同的人體形態(tài)和運動需求。4.系統(tǒng)的建模、仿真和實驗評估。通過建立下肢外骨骼助力機器人和肌肉骨骼系統(tǒng)的仿真模型，研究隨動控制算法在不同場景下的效果和性能表現(xiàn)，并優(yōu)化算法參數(shù)。三、研究方法和技術(shù)路線1.研究方法本研究主要采用實驗研究的方法，結(jié)合仿真與優(yōu)化算法，不斷迭代升級，以實現(xiàn)下肢外骨骼助力機器人精確、穩(wěn)定、實時的隨動控制。2.技術(shù)路線技術(shù)路線如下圖所示：傳感器獲取用戶姿態(tài)和力量->建立肌骨骼模型和外骨骼模型->設(shè)計優(yōu)化算法->仿真模擬->硬件實驗->優(yōu)化參數(shù)->針對實際需求定制化設(shè)計。四、預期成果和意義通過本次隨動控制研究和實驗，預期可以獲得以下成果：1.建立基于人體生理特征的下肢外骨骼助力機器人隨動控制模型，通過不斷優(yōu)化算法，實現(xiàn)相對準確、實時、精確的肢體支撐和運動控制，并適應不同形態(tài)和運動需求。2.采用基于多傳感器的用戶步態(tài)識別算法，獲取用戶下肢姿態(tài)和力量信息，建立用戶和下肢外骨骼助力機器人的聯(lián)系，降低用戶姿態(tài)變化和骨骼結(jié)構(gòu)改變帶來的誤差。3.提高下肢殘疾者的行走能力和生活自理能力，促進患者的身心健康，提升生活質(zhì)量。4.推動下肢外骨骼助力機器人的發(fā)展，同時為相關(guān)學科研究提供理