基于气动肌肉的外骨骼上肢助力系统研究的任务书.docx

基于气动肌肉的外骨骼上肢助力系统研究的任务书
任务书
题目：基于气动肌肉的外骨骼上肢助力系统研究
一、任务背景和意义
随着工业自动化和机器人技术的不断发展，外骨骼技术也得到了快速的发展和广泛的应用。外骨骼技术是指在人体外围建立一种支持结构和负载传输体系，使人体和机器人构成一个整体，在协同控制下完成复杂的运动任务。近年来，外骨骼技术已经应用于行动辅助、医疗康复、军事训练等多个领域。在医疗方面，外骨骼可以为残疾人和行动不便的患者提供帮助，帮助他们恢复日常生活的能力。
上肢外骨骼特别适合用于不同程度的上肢功能障碍患者，例如有肌肉痉挛、失去基本协调功能或者肢体关节损伤等。此外，在医疗器械研发领域，自主创新、精益求精的气动肌肉、控制和传感技术应用得越来越广泛。气动肌肉驱动的外骨骼系统可以解决传统外骨骼体积大、重量重、驱动不便携、运动灵活性差等问题，具有较好的应用前景和市场潜力。
基于此，本研究将从气动肌肉驱动的外骨骼上肢助力系统入手，利用先进的气动肌肉、控制和传感技术，设计和制造性能好、结构稳定的助力系统，实现外骨骼对上肢运动的协调控制和助力功能，为上肢功能障碍患者或上肢劳动疲劳工作者提供辅助力度。
二、研究内容和技术路线
（一）研究内容
1.研究气动肌肉驱动原理和气动系统控制技术理论。
2.设计和制造上肢外骨骼装置。
3.编写外骨骼控制算法，基于肌电信号对气动肌肉进行非线性控制。
4.利用运动捕捉系统采集人体运动数据，分析上肢运动规律和力学特性。
5.进行上肢助力系统性能测试和如下实验：如上肢运动协调性实验，上肢辅助力度实验，并根据测试结果和实验数据优化设计。
（二）技术路线
1.收集气动肌肉、传感器和控制器等有关技术和设备资料。
2.对气动肌肉控制驱动技术、上肢外骨骼结构设计、肢体肌肉信号采集及处理技术等方面进行理论研究和实验验证，制定技术路线。
3.设计和制造气动肌肉驱动的上肢助力系统原型，并进行初步测试。
4.根据测试结果和实验数据，进行系统功能优化、系统结构优化和控制算法优化。
5.进一步测试和评估系统性能，以此为基础推广其应用。
三、任务内容和要求
1.任务内容
本研究要求团队研究气动肌肉驱动原理和气动系统控制技术，设计和制造上肢外骨骼装置，编写外骨骼控制算法，开展实验研究和性能测试。
2.任务要求
（1）掌握气动肌肉驱动原理和气动系统控制技术，具有机械设计和自动控制等相关专业知识；
（2）具有团队合作精神，能够有效协作实验室内团队成员进行实验和测试；
（3）具有较强的创新能力和实践能力；
（4）学术良好，能够独立完成论文写作和发表。
四、进度安排
本研究拟于xx年xx月至xx年xx月期间完成。进度安排如下：
第一阶段：xx年xx月至xx年xx月
对气动肌肉控制驱动技术、上肢外骨骼结构设计、肢体肌肉信号采集及处理技术等方面进行理论研究和实验验证，制定技术路线。
第二阶段：xx年xx月至xx年xx月
设计和制造气动肌肉驱动的上肢助力系统原型，并进行初步测试。
第三阶段：xx年xx月至xx年xx月
根据测试结果和实验数据，进行系统功能优化、系统结构优化和控制算法优化。
第四阶段：xx年xx月至xx年xx月
进一步测试和评估系统性能，完成论文写作和发表。
五、参考文献
1.金光学,等.基于肌电信号反馈的智能外骨骼上肢助力系统设计[J].生物医学工程学杂志,2018,35(4):345-350.
2.贾丽娟,等.基于曲线拟合的肌电信号运动识别[J].计算机工程与应用,2019,55(9):59-64.
3.樊海涛,等.上肢外骨骼助力系统运动控制策略研究[J].生物医学工程学杂志,2016,33(6):27-32.
4.齐峰魁,等.基于人机工程的上肢外骨骼机器人多关节运动控制策略[J].机械设计与制造,2018,72(10):117-123.
5.FU,C.,etal.Developmentandcontrolofanovelexoskeletonsystembasedonpneumaticartificialmusclesforupperextremityrehabilitation[J].PloSone,2020,15(2):e0228405.
6.张志刚,等.外骨骼运动节律跟随控制研究述评[J].机器人,2019,41(01):19-28.
7.Carswell,M.&Roffe,M.M.TheHistoryandFutureofRobotsinMedicine[J].HandbookofClinicalneurology,2019,160:37-52.
六、团队成员
负责人：xxx
成员：xxx，xxx，xxx
七、预算
本研究总预算为xxx万元。其中包括材料费、设备购置费、实验室场地租赁费、科研人员工资、交通差旅费用、学术会