基于外骨骼的可穿戴式下肢康复机器人结构设计与仿真的任务书.docx

基于外骨骼的可穿戴式下肢康复机器人结构设计与仿真的任务书
任务书
一、课题背景
随着现代生活压力的逐渐增加，人们面临的身体问题也逐渐增多。其中，下肢骨折和运动障碍等问题成为了较为常见的问题。针对这些问题，需要进行康复治疗以帮助患者恢复行动能力。传统的下肢康复方法被证明效果不佳，而近年来发展起来的智能康复机器人在康复领域中得到了广泛应用。
基于外骨骼的可穿戴式下肢康复机器人，可以帮助患者通过适度的机械力帮助进行康复，起到了非常好的效果。该康复机器人不仅能够协助康复治疗人员恢复下肢功能，而且可以通过对康复过程中多项参数的监测来实现精准调节康复治疗方案，达到良好的治疗效果。因此，对于这种机器人的研究和设计显得非常重要。
二、研究目的
本课题旨在通过设计和仿真基于外骨骼的可穿戴式下肢康复机器人，为下肢康复提供更加高效和准确的康复方案。该机器人的主要构件包括：机械结构、微电机、传感器、控制芯片等。
具体研究和设计目的如下：
1.设计出符合人体力学模型及相关标准的机械结构，能够根据用户不同的康复需求进行力抬升、握持、步行等操作。
2.从电力、功率、控制等角度进行仿真，分析康复机器人各个部分之间的复杂动态交互关系。
3.分析基于外骨骼的可穿戴式下肢康复机器人的运动轨迹、运动规律以及运动控制算法，建立数学模型并通过仿真进行验证。
4.评估康复机器人的可靠性和安全性，确保在康复过程中不会对用户造成身体伤害。
三、研究方法
1.机械结构的设计
首先，通过3D建模软件对机械结构进行建模和设计，确定其协同人体运动的结构形式，保证康复机器人对人体具有良好的适应性和准确性。这里将使用SolidWorks等相关软件进行设计，模拟出不同康复机器人驱动机构的运动模式，进一步优化人体工程学模型，实现动作顺畅、随意。
2.仿真的方法
通过仿真软件，建立康复机器人的动力学模型和控制算法模型。这里考虑的是多关节变量控制和指数模型等运动规律算法，以及力控制技术和手动控制技术，实现康复机器人稳定较好的康复治疗效果。
3.系统的分析
分析康复机器人各个部分之间的复杂动态交互关系。在模拟仿真过程中，需要考虑到比较多的各种运动、位置、力量、速度等具体参数，将优化传感器的设计，类比人体的肌肉传感器，检测相关的物理量，调整康复过程中适当的力度和力矩，确保以最佳的姿势使关节和骨骼得到完善的康复。
4.安全性评价
针对康复机器人系统的安全性方面，进行进一步的评估。从多个角度分析进行评测，例如力、功率、控制安全等等。在此基础上提出可靠可行的方案，评估机械骨架的稳定性和力度，结合相关的判断方法进行评估。
四、研究内容
1.康复机器人的动力学模型和控制算法建立，考虑多关节变量控制
2.康复机器人的3D建模，进行可视化设计
3.仿真平台的搭建，并进行康复机器人实际动态运动规律的数据采集和分析
4.康复机器人的安全性和稳定性分析，并在实际环境中进行测试
五、预期结果和意义
通过对康复机器人的设计和仿真，可对康复机器人的动力学模型和控制算法进行分析和优化，有效提高康复机器人的性能。同时，通过康复机器人撤除对人体的影响，发掘人体真正的机能，通过数据分析实现精准调整康复方案，使患者得到更为良好的恢复治疗。本研究对发展下肢康复机器人、促进康复医学技术发展、提高康复效果具有积极意义和实际意义。