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下肢外骨骼助力机器人的随动控制研究的开题报告
一、研究背景
下肢外骨骼助力机器人是一种以机械结构为骨架，电动机为驱动，配合传感器和控制算法控制自由度的以人体下肢为目标任务的助力机器人，具有较大的应用前景。随着我国人口老龄化加速，下肢残疾、脑卒中、骨折等患者群体增加，下肢外骨骼助力机器人在医疗康复和日常生活场景中的应用受到越来越多的关注。
下肢外骨骼助力机器人一方面能够使下肢残疾患者和运动能力受限者恢复行走、提高生活自理能力和生活质量；另一方面，它在劳动生产领域中的应用，能够提高劳动者的工作效率和安全。
然而，下肢外骨骼助力机器人的随动控制问题一直是该领域的一大难题。由于人体下肢的远近不同，肌肉力量差异大，姿态和力量分布也有所不同，这些因素大大增加了随动控制系统的复杂性，同时实现对用户下肢的灵活自由运动和妥善的支撑也是亟待解决的问题。
因此，下肢外骨骼助力机器人的随动控制研究具有重要的研究意义和实际应用价值。
二、研究目的和内容
本次研究的目的是构建一个基于人体生理特征的下肢外骨骼助力机器人随动控制系统，实现对用户下肢自由、灵活、可靠的支撑和运动，增强用户的行走能力和生活自理能力。
具体研究内容包括：
1.下肢外骨骼助力机器人随动控制算法的设计与实现。
2.基于多传感器的用户步态识别算法研究，在行走过程中动态的获取用户下肢姿态和力量信息，并精确的控制外骨骼机器人每一个关节的角度、力矩、速度和加速度等。
3.下肢外骨骼助力机器人机械结构的设计和优化，确保外骨骼能够适应不同的人体形态和运动需求。
4.系统的建模、仿真和实验评估。通过建立下肢外骨骼助力机器人和肌肉骨骼系统的仿真模型，研究随动控制算法在不同场景下的效果和性能表现，并优化算法参数。
三、研究方法和技术路线
1.研究方法
本研究主要采用实验研究的方法，结合仿真与优化算法，不断迭代升级，以实现下肢外骨骼助力机器人精确、稳定、实时的随动控制。
2.技术路线
技术路线如下图所示：
传感器获取用户姿态和力量->建立肌骨骼模型和外骨骼模型->设计优化算法->仿真模拟->硬件实验->优化参数->针对实际需求定制化设计。
四、预期成果和意义
通过本次随动控制研究和实验，预期可以获得以下成果：
1.建立基于人体生理特征的下肢外骨骼助力机器人随动控制模型，通过不断优化算法，实现相对准确、实时、精确的肢体支撑和运动控制，并适应不同形态和运动需求。
2.采用基于多传感器的用户步态识别算法，获取用户下肢姿态和力量信息，建立用户和下肢外骨骼助力机器人的联系，降低用户姿态变化和骨骼结构改变带来的误差。
3.提高下肢残疾者的行走能力和生活自理能力，促进患者的身心健康，提升生活质量。
4.推动下肢外骨骼助力机器人的发展，同时为相关学科研究提供理论推动和技术支持。
总之，本研究旨在实现对下肢外骨骼助力机器人随动控制的有效、科学和可操作的研究，推动该领域的应用和实践。