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基于外骨骼的上肢康复机器人设计与研究的开题报告
一、研究背景
近年来，基于外骨骼的上肢康复机器人得到了广泛的关注和发展。上肢康复机器人是一种新型的康复设备，可以帮助肢体失能或功能障碍的患者进行康复训练，提高肢体的运动能力和生活自理能力。目前，国内外的研究主要集中在智能化、轻便化、个性化等方面的研究。
在外骨骼机器人康复领域中，根据其设计形式可以分为基于刚性骨架和柔性骨架两种类型。基于刚性骨架的外骨骼具有结构简单、精度高、力矩大等优点，但缺点是易造成对关节的刚性束缚，使自主运动受限制；基于柔性骨架的外骨骼具有柔性、轻便、适用性强等优点，但缺点是制造难度较大，需要高度精密设计。
目前，国内外的上肢康复机器人设计方案多为基于刚性骨架的设计，而基于柔性骨架的设计仍处于初期探索阶段。因此，本课题选取基于柔性骨架的设计方案，旨在提高上肢康复机器人的柔性、轻便性，并减少对肢体运动的束缚。
二、研究内容
1、基于外骨骼的上肢康复机器人的结构设计和工作原理的研究。
2、外骨骼机器人的机械控制系统的设计，包括传动系统、力矩控制系统等。
3、机器人的智能化控制系统的研究，包括运动规划、力矩控制、位置传感器等。
4、机器人的反馈控制系统的研究，包括生物力学建模、运动分析、运动学参数估计等。
5、机器人的系统测试和性能评估，通过康复训练实验等方式对机器人进行测试，评估其康复效果和适用性。
三、研究意义
1、推动上肢康复机器人技术的发展，提高肢体康复效果和生活质量。
2、提高我国在上肢康复机器人领域的技术实力，提高我国的科技创新水平。
3、为其他康复机器人的研发提供借鉴和启示。
四、研究难点
1、基于柔性骨架的外骨骼机器人设计方案的确定和优化。
2、系统的机械刚度和柔性之间的平衡，使机器人不仅具有足够的力矩，而且还具有一定的柔性和自适应性。
3、机器人的智能化控制系统的设计，保证机器人的自适应性和稳定性。
4、机器人的输送系统的设计，保证机器人可以将信息传递到上肢肌肉并获得足够的反馈数据。
五、研究方法
1、理论分析方法：通过理论分析得到机器人的最优设计参数。
2、仿真分析方法：通过建立机器人的建模系统，进行各种仿真分析。
3、实验方法：通过设计合适的实验进行机器人性能测试和参数优化。
六、研究进度计划
1、前期调研和文献综述，了解外骨骼康复机器人的发展动态和研究现状。时间：3周。
2、外骨骼机器人的设计和建模，包括机械结构和控制系统。时间：6周。
3、机器人的仿真分析和参数优化，对机器人进行各方面的性能测试。时间：6周。
4、机器人的实验测试和性能评估，提取相关数据并进行统计分析。时间：4周。
5、论文撰写和论文答辩。时间：3周。
七、参考文献
1、李建中,李志伟,陈婧,等.外骨骼助力下上肢运动康复机器人设计[J].机器人,2019(1):83-88.
2、ChenX,LiM,WangW,etal.ACable-DrivenUpperLimbExoskeletonWithKinematicandForceFeedback[J].IEEETransactionsonNeuralSystemsandRehabilitationEngineering,2018,26(2):454-464.
3、杨春江,顾玉红,孙军,等.基于柔性骨架的上肢康复机器人研究[J].机器人,2019(5):51-57.
4、YangY,LvZ,ZhouY,etal.ExtendedKalmanfilter-basedkinematicparameterestimationofaportableupper-limbexoskeletonforneurorehabilitationandassistance[J].Medical&BiologicalEngineering&Computing,2017,55(2):295-306.