下肢外骨骼助力機(jī)器人的隨動控制研究的開題報告

下肢外骨骼助力機(jī)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(jī)器人是一種以機(jī)械結(jié)構(gòu)為骨架，電動機(jī)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(biāo)任務(wù)的助力機(jī)器人，具有較大的應(yīng)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(jī)器人在醫(yī)療康復(fù)和日常生活場景中的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。下肢外骨骼助力機(jī)器人一方面能夠使下肢殘疾患者和運(yùn)動能力受限者恢復(fù)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(yīng)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(jī)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(yuǎn)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(fù)雜性，同時實現(xiàn)對用戶下肢的靈活自由運(yùn)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(jī)器人的隨動控制研究具有重要的研究意義和實際應(yīng)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(jī)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(yùn)動，增強(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化，確保外骨骼能夠適應(yīng)不同的人體形態(tài)和運(yùn)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(jī)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(jī)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(yù)期成果和意義通過本次隨動控制研究和實驗，預(yù)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(jī)器人隨動控制模型，通過不斷優(yōu)化算法，實現(xiàn)相對準(zhǔn)確、實時、精確的肢體支撐和運(yùn)動控制，并適應(yīng)不同形態(tài)和運(yùn)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(jī)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(jìn)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(jī)器人的發(fā)展，同時為相關(guān)學(xué)科研究提供理