下肢外骨骼助力机器人开题报告.doc

硕士研究生学位论文开题报告 论文题目：下肢外骨骼助力机器人的设计与控制研究 姓 名： 学 号： 专 业： 模式识别与智能系统 研究方向： 复杂系统建模、优化与控制 指导教师： 填表日期： 年 月 日 填写说明1.《开题报告》主要是针对研究课题的实施方案进行阐述和论证，各项内容要实事求是填写，要保证与毕业论文相一致。 2．开题之后，如果论文内容有修改，必须重新写开题报告，并重新组织开题。此报告统一保管，将在申请论文答辩时核对。3.表中空格不够时，可另附页，但页码要清楚。4.要求一律用A4纸打印，左侧用两个书钉装订。5.开题前请指导教师签署意见后再上交。一、课题来源、要解决的问题、研究意义1．课题来源：本课题的研究得到省科技厅计划处的项目“基于欠驱动双足步态行走机理的神经-肌肉控制可穿戴型下肢助力辅助及康复行走机器人”的技术支持。2．要解决的问题(用一句话概括)：研究一套穿戴在人体下肢的能够帮助腿部运动的可穿戴下肢助力装置，尽可能达到拟人化，确定主动关节的驱动方式，建立下肢助力机器人的动力学模型，选择合适的控制算法 ，对下肢助力机器人进行控制，最终达到助力的目的。3．研究意义：一直以来, 重物常用车辆以及其它的轮式设备来运输。然而，许多环境中，像是岩石滑坡或者楼梯，给轮式的交通工具造成极大的挑战。相比之下，人的双腿成为更受欢迎的运输方法，因为腿能适应各种各样的极端的地形，以及大型运输工具无法到达的区域，人依靠双腿却能穿梭其中[1]。而且，人类一直希望能利用机器来增强人类肌肉的力量和感知能力，同时保留人的灵活性和直接操作的便利，人机交互科学的研究与发展为我们提供了实现这一想法的途径。可穿戴下肢助力机器人就是一种能够帮助人们扩展下肢运动能力的助力装置，也是一种供人穿戴的人机一体化智能机械装置，它将人类的智力和机械装置的“体力”结合在一起，靠人的智力来控制机械装置，然后通过机械装置来完成仅靠人的自身能力无法完成或者很难完成的任务，比如，大负重行走或者长距离徒步行走。下肢助力机器人是一种用来辅助人们行走的人机一体化系统，它的实质是将人和双足步行机器人结合在一起，利用人的运动控制能力来控制机器人的行走，简化了双足机器人自主行走中关键的步态规划和步态稳定性问题，使之成为对轨迹跟踪问题的研究。下肢助力机器人为人类的行走提供动力辅助，增强人类行走的速度和能力，特别能缓解人在大的负重和长时间行走情况下极易出现的疲劳感，很大程度上扩大了人类的运动范围，能够增强个人在完成某些任务时的能力。可穿戴下肢助力机器人的应用非常广泛，在军事和民事方面都有应用。美国军方的统计数字显示，2007年,野战装备过重引发的腿部拉伤、膝伤等外伤为25.7万例，美国一名海军陆战队员标准野战装备包括防弹衣、步枪等武器、弹药、水、食物和通讯器材，总重量大约为44公斤至61公斤。为了使士兵能够适应这样繁重的装备，士兵需要接受大量的力量训练，但是过度的训练还会导致其产生疲劳。为了减轻士兵的负担，就需要尽可能少的携带武器装备和食物，这样就大大降低了士兵的作战能力，另外在环境复杂的区域作战，士兵的行动能力受到了极大的限制。因此，一种既拥有人的智能又能承受重载的机器成为国内外军事科研热点之一。下肢助力机器人既具有大的负载能力，又能够在复杂地形中发挥作用，因此，对下肢助力机器人的研究是各国军事的研究热点，其中这项研究相对成熟的是美国[2,3]。另外，在民用和医用方面的应用也相当广泛。下肢助力机器人可帮助人扩展其下肢部位的运动能力，帮助下肢运动不正常人加强康复训练达到恢复的目的，也可以通过助力机器人的作用辅助下肢功能不正常或者失去运动能力的人，使其能够达到行走的目的。下肢助力机器人不仅可以应用到残疾人，也可以用到老人身上，帮助老年人和行动不便的人节省体力。另外，登山和探险运动，各种救援人员等都可以用到助力机器人，用来搬运重的救援设备和长时间的工作。而且，正常人在穿戴的情况下也可以达到省力助力的目的，提高人的运行速度。如果在将来技术相当成熟的情况下(机械结构足够轻便，体积足够小，易拆卸等)，人类可以穿戴助力机器人上下班，可以很好的缓解交通压力，减少汽车尾气造成的污染，又能达到锻炼身体的目的。综上所述，下肢外骨骼助力机器人不仅在实际生活中能够广泛应用，而且涉及到了多项领域，包括双足步行机器人的步态控制、高效率驱动器技