下肢外骨骼康复机器人机械设计与运动控制

穿戴式下肢康复外骨骼机器人是一种近年来备受关注的医疗机器人技术，它通过运用先进的科技手段，为行动不便的人提供强有力的助力，帮助他们重新获得行走的能力。

其工作原理可以分为多个方面来探讨：1. 传感器技术：穿戴式下肢康复外骨骼机器人通过精密的传感器技术，能够实时地感知人体的运动信号和力度，从而能够根据用户的动作需求做出相应的反应。

这种技术使得外骨骼机器人能够与用户的动作实时同步，提供更加灵活和个性化的康复训练。

2. 动力学原理：外骨骼机器人内置了多种智能驱动装置和电机，能够根据传感器的反馈信息，提供相应的动力支持。

这种动力学原理使得机器人能够根据用户的需要，调整力度和速度，帮助患者更好地完成康复训练。

3. 控制算法：外骨骼机器人的控制系统采用了先进的算法，能够根据用户的运动需求，实现高度智能化的控制。

这些算法能够通过不断的学习和优化，使得机器人能够更加准确地理解用户的意图，并做出相应的动作支持。

4. 结构设计：外骨骼机器人的结构设计也是其工作原理的重要组成部分。

通过先进的材料和工艺，机器人能够在提供足够支持的保持足够的轻便和便携性，使得患者在进行康复训练时能够更加自如。

总结来说，穿戴式下肢康复外骨骼机器人的工作原理是基于传感器技术、动力学原理、控制算法和结构设计的多方面技术的综合运用。

它通过对患者的运动需求进行感知和分析，提供相应的动作支持，帮助患者进行个性化的康复训练。

个人观点上，我认为穿戴式下肢康复外骨骼机器人的出现，为康复患者提供了全新的解决方案。

它不仅为患者提供了更加个性化和有效的康复训练方式，也为医疗机器人技术的发展开辟了新的方向。

希望这种技术能够不断得到改进和推广，为更多的康复患者带来希望和帮助。

至此，对于穿戴式下肢康复外骨骼机器人的工作原理，我们进行了较为详尽的探讨。

希望通过这篇文章，你能够更深入地理解这一主题，并对其有更深刻的认识。

穿戴式下肢康复外骨骼机器人是一种对行动不便的人群具有重要意义的医疗工具。

机械手-人体下肢外骨骼康复机器人设计-说明书摘要康复机器人技术则是近年来迅速发展的一门新兴机器人技术,是机器人技术在医学领域的新应用;目前康复机器人已成为国际社会研究的热点之一。

本课题主要研究的下肢外骨骼康复机器人的设计。

本文介绍了下肢康复机器人国内外发展现状和应用情况,进行了下肢外骨骼康复机器人的总体方案设计、结构设计,和总体控制方案设计,并对重要零件进行校核。

本设计下肢外骨骼康复机器人共有5个自由度,其中每一条机械腿上有2个关节(2个自由度)模仿人体腿上的膝关节、髋关节和一个用于减重的减重系统(包括1个自由度)。

此系统能用于脑损伤、中风等病人的步态康复训练,帮助病人更好地进行康复训练,减轻他人的帮助,提高效果。

关键词:康复训练,机器人,下肢外骨骼ABSTRACTThe rehabilitation robot technology is a new robot technology developed rapidly recently, which is a new application in medical fields of robot technology. Currently the research on rehabilitation robot has been one of the focuses in the International Society. The rehabilitation robot technology is a synthesis of many subjects, which covers mechanics, electronics, control and rehabilitative medicine and so on; it has been a typical representation of the mechatronics research. The main researchof this paper is based on the attitude control gait rehabilitation training system design.In this paper, lower extremity rehabilitation and development of robot applications at home and abroad, lower extremity exoskeleton training robot's overall program design, structural design, design and overall control; gait training on the robot for three-dimensional modeling, and important parts to check. The robot gait training has a total of five degrees of freedom, each of which a mechanical leg joints have two 2 DOF to imitate human knee, hip and a weight relief for weight relief system including a degree of freedom. The system can be used for brain injury, stroke, and to help patients better rehabilitation training, and meets the needs of different groups of peopleKey words:rehabilitation training, robot, lower extremity exoskeletons目录1 绪论1.1 概述1.2 康复机器人的国内外研究现状1.3 本课题主要研究内容1.4 本章小结2 总体方案选择与论证2.1 步态分析2.2 方案的选择2.2.1 自由度的选择2.2.2 基本参数的选取2.2.3 驱动器的选择2.2.4关节结构的选择2.2.5连杆结构的选择2.2.6腰部结构设计2.2.7减重机构设计2.2.8整体结构设计2.3 本章小结3 机械结构的设计与计算3.1 人体参数3.2 各关节运动分析3.2.1 膝关节的运动分析3.2.2髋关节的运动分析3.3 关节力矩分析3.4 具体结构设计3.4.1 关节机构的选择3.4.2 连杆机构的选择3.4.3 腰部结构设计3.4.4减重机构3.4.5整体结构设计3.5 部分重要零件的设计与校核3.5.1轴承的选择及校核3.5.2连杆的计算及校核3.5.3双头螺柱的校核3.6 本章小结4 驱动部件的计算与选型4.1 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 4.1.1髋关节滚珠丝杠副的计算与选型4.1.2膝关节滚珠丝杠副的计算与选型4.2 直流伺服电机的计算与选型 4.2.1髋关节直流伺服电机的计算与选型4.2.2膝关节直流伺服电机的计算与选型4.3 同步带的计算与选型4.3.1髋关节同步带的计算与选型4.3.2膝关节同步带的计算与选型4.4 本章小结5 控制系统的设计5.1 控制系统的方案选取5.2 控制系统的设计5.2.1电源配置设计5.2.2常用存储器及扩展电路设5.2.3数据存储器的设计5.2.4 D/A转换器接口电路设计5.2.5译码器的设计5.2.6上位机的连接设计5.3 控制流程的设计5.4 本章小结6 结论7 参考文献8 致谢1 绪论据报道,我国60岁以上的老年人已有1.43亿,占全国人口的11%,到2050年将达到4.37亿。

可编辑修改精选全文完整版下肢外骨骼康复机器人1范围本标准规定了下肢外骨骼康复机器人的术语和定义、型号编制方法、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

本标准适用于下肢外骨骼康复机器人。

2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 191 包装储存图示标志GB 4208-2008 外壳防护等级（IP代码）GB/T 5226.1 机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB/T 16754 机械安全急停设计原则GB/T 33265 教育机器人安全要求GB/T 7932-2006 气动系统通用技术条件GB/T 8196-2003 机械安全防护装置固定式和活动式防护装置设计与制造一般要求GB 11291.2-2013 机器人与机器人装备工业机器人的安全要求第2部分:机器人系统与集成GB/T 3785.1-2010 电声学声级计第1部分：规范GB 23821 机械安全防止上下肢触及危险区的安全距离3定义和术语3.1 肢体人的上肢和下肢（不包括头、颈、躯干部分）。

3. 2 康复训练机器人在康复护理、助老助残领域，用于辅助肢体运动功能障碍或失能人员进行康复训练与肢体功能恢复、重建、增强等的机器人。

3. 2 被动训练完全由机器人施力于人体的某一部分肢体，从而带动肢体关节做运动的训练，动力来源于设备。

3.4 4 主动助力训练机器人提供辅助助力，配合并帮助肢体进行运动，以使肢体做连贯运动的主动训练。

3.5 5 防护带用于受训练者保持训练位姿、防止身体倾斜的带子。

4型号编制方法下肢外骨骼康复机器人编制方法如下：下肢外骨骼康复机器人矫正轮胎型号示例：下肢外骨骼康复机器人为7*2型，标记为： 7*2型下肢外骨骼康复机器人。

5要求5.1 1 基本结构5.1.1.1 总体要求a）机器人应包括本体、控制系统以及相关应用软件。

外骨骼机器人控制系统的设计与实现近年来，随着科技的飞速发展，机器人技术也不断得到升级和完善，其中外骨骼机器人备受关注。

外骨骼机器人可以帮助行动不便的人进行康复训练，也可以增加人类劳动力，提高生产效率。

为了使外骨骼机器人更加智能化、便捷化，控制系统的设计与实现显得尤为重要。

一、外骨骼机器人的构成外骨骼机器人主要由机械结构、传感器、执行机构、电源系统和控制系统五部分组成。

传感器包括惯性传感器、力传感器、视觉传感器等；执行机构包括电机、气缸、液压缸等；电源系统主要提供机械设备和电子设备的电力支持；控制系统是外骨骼机器人的“大脑”，通过对各种传感器数据和任务信息的处理，控制执行机构动作。

二、外骨骼机器人控制系统设计的流程1、确定机器人任务：外骨骼机器人有不同的应用场景，需要根据不同任务来设计控制系统。

2、选择传感器：根据任务需求，选择合适的传感器，进行数据采集工作。

3、确定控制算法：控制算法根据用户控制动作摆动情况、测量行进速度、测量技术数据及计算等信息，对控制系统进行处理。

4、设计控制器：根据所需功能和算法，进行控制器软硬件的设计。

5、测试并调整控制系统：通过外骨骼机器人进行测试和调整，优化控制系统。

三、外骨骼机器人控制系统实现的关键技术1、姿态控制技术：外骨骼机器人的姿态控制是针对机器人完整系统的变化而显示的动态响应控制。

2、力控制技术：外骨骼机器人的力控制技术关键是使机器人稳定性，在安全的前提下使力传感器检测到的数据控制附加部分力。

3、传感器融合技术：传感器融合技术是指将多个传感器数据融合进行处理，消除数据之间的影响，提高控制系统的精度和稳定性。

4、数据处理技术：数据处理技术是将传感器采集到的数据进行预处理，如去噪、降采样、滤波等，以提高数据质量，提高控制系统精度。

四、控制系统的实现方案外骨骼机器人的控制系统可以采用硬件控制和软件控制两种方案。

硬件控制的实现需要设计电子电路，软件控制的实现需要编写控制程序。

下肢外骨骼机器人的设计与研究的开题报告一、研究背景与意义随着人口老龄化的加速，全球各国都面临着人口老龄化和失能化的挑战。

特别是因瘫痪、疾病和伤残等造成的下肢丧失功能问题，对患者的生活和社会参与产生了严重的影响。

因此，开发一种能够帮助下肢失能患者重获行动能力的技术十分重要。

下肢外骨骼机器人作为一种可行的解决方案出现在人们的视野中。

下肢外骨骼机器人是一种可穿戴的机器人装置，可将人类的自然步态与机器的控制技术结合起来，帮助行动不便的人完成行走、站立、爬楼梯等动作。

它是机器人技术在医疗保健领域的重要应用之一，已经引起了广泛的关注和研究。

目前，下肢外骨骼机器人的研究主要集中在机械结构、控制策略、传感器和动力系统等方面。

然而，现有的下肢外骨骼机器人存在一些问题，如重量过大、成本高、动态稳定性差、控制精度低等。

因此，为了提高下肢外骨骼机器人的性能和实用性，需要进行更深入的研究和探索。

二、研究内容与方法本论文的研究内容是下肢外骨骼机器人的设计与研究。

具体包括以下几个方面的内容：1. 机械结构设计：根据人体运动学原理和生物力学特征，设计一种适合下肢外骨骼机器人的轻便、稳定的机械结构。

主要包括动力学分析、结构优化设计等。

2. 传感器与控制系统设计：设计一套智能化的传感器和控制系统，能够实时获取患者的运动状态和环境信息，并对机器人进行高精度、高效的控制。

主要包括传感器选择、数据采集、控制算法设计等。

3. 动力学系统设计：设计一套高效、可靠的动力学系统，能够为机器人提供足够的动力和能量，以帮助患者完成各种行走、站立等动作。

主要包括电机选择、传动系统设计等。

本论文的研究方法采用理论分析、仿真模拟和实验验证相结合的方法。

首先通过理论分析和仿真模拟，优化机器人的结构和控制系统，提高系统的性能和稳定性。

接着，利用实验验证我们所设计实现的机器人，以验证其实用性和可靠性。

三、预期成果及意义通过本论文的研究工作，预期有以下几个成果：1. 设计出一款轻便、稳定、安全、易操作的下肢外骨骼机器人，能够帮助下肢失能患者恢复行动能力，提高其生活质量和社会参与度。

下肢外骨骼康复机器人控制系统软件设计下肢外骨骼康复机器人控制系统软件设计1. 引言下肢外骨骼康复机器人是一种应用于康复医学领域的新型辅助设备。

它通过机器人结构和控制系统，帮助患者进行下肢康复训练，恢复肌肉力量和运动功能。

在这样的机器人系统中，控制系统软件设计起着至关重要的作用。

2. 下肢外骨骼康复机器人的功能需求下肢外骨骼康复机器人的主要功能是辅助患者进行下肢运动。

因此，控制系统软件设计需要满足以下需求：a. 运动控制：能够根据医生或康复师的指令，控制机器人完成特定的下肢运动，如行走、上下楼梯等。

b. 力量支持：能够根据患者的需要，通过机器人的力量支持，帮助患者完成康复训练。

c. 感知调整：能够通过传感器监测患者的运动状态、肌肉力量等信息，并根据实时数据对机器人的运动进行调整。

d. 安全保障：能够确保患者在康复训练过程中的安全，如及时停止机器人运动、报警等。

3. 下肢外骨骼康复机器人控制系统软件设计流程下肢外骨骼康复机器人控制系统软件的设计流程主要包括以下几个步骤：a. 界面设计：设计机器人控制系统的用户界面，包括显示患者的运动状态、机器人的控制参数等。

b. 运动规划：根据患者的康复需求，设计机器人的运动规划算法，确定机器人的运动轨迹以及关节角度的控制。

c. 力量控制：设计机器人的力量控制算法，实现对机器人的力量输出的控制，以满足患者的康复需求。

d. 传感器数据处理：通过传感器获取患者的运动状态、肌肉力量等信息，并进行数据处理，提取有效指标。

e. 控制策略设计：设计机器人的控制策略，通过数据处理结果和运动规划算法，实现对机器人的运动控制。

f. 安全保障设计：设计机器人的安全保护策略，包括患者紧急停止机制、机器人异常报警等。

4. 下肢外骨骼康复机器人控制系统软件的关键技术下肢外骨骼康复机器人控制系统软件的设计中，涉及到以下关键技术：a. 运动规划算法：根据医生或康复师的指令，设计机器人的运动规划算法，确定机器人的动作轨迹和关节角度。

外骨骼机器人研究与设计外骨骼机器人是一种可以穿在身上的机器人，它可以增强人类肢体的力量和自主移动能力。

外骨骼机器人的研发已经取得了重大的进展，这种机器人已经成为了越来越多研究机构和企业的研究重点。

一、外骨骼机器人的研究现状外骨骼机器人最初的应用是在军事领域。

2000年，美国国防部资助对外骨骼机器人的研究，研究结果表明，戴上外骨骼机器人的士兵能够在山路上扛着100多磅的装备行走。

之后，为了解决失能人群机械化帮助的问题，医学界增加了对外骨骼机器人的研究。

同时，德国开发出了专门的“机器人运动员”，使得协会残疾人可以享受到运动的乐趣。

目前，外骨骼机器人已经被广泛应用于医疗、日常生活和生产制造等领域。

在医疗领域，外骨骼机器人可以帮助瘫痪患者进行肢体康复。

在日常生活领域，外骨骼机器人可以帮助人们进行搬运货物、爬楼梯等力气活。

在生产制造领域，外骨骼机器人可以提高工人的工作效率和减少工伤。

二、外骨骼机器人的设计与原理外骨骼机器人的设计需要考虑机器人的体重、力度、稳定性和电池寿命等问题，同时还需要考虑外骨骼与人类进行有效交互的问题。

从原理上来说，外骨骼机器人包括四个主要的部分：传感器、计算机、执行器和电池。

首先是传感器，它可以读取人类的姿态和动作，以对外骨骼机器人进行控制。

然后是计算机，它用于对传感器提供的数据进行处理和分析。

执行器被用来转动电动机或液压系统，以使外骨骼机器人产生相应的力和运动。

最后是电池，它能提供给外骨骼机器人所需的电力。

三、外骨骼机器人的优势与未来展望外骨骼机器人的优势在于能够增强人类的肢体功能，并且帮助人们完成一些重体力活，减轻了工人们的负担，提高了工作效率，同时也使得瘫痪患者可以完成肢体康复训练。

另外，外骨骼机器人的应用未来还将不断拓宽，应用场景也将更加多样化，例如，外骨骼机器人可以被用来支持太空步行、远程医疗等方面。

总之，外骨骼机器人的研究和设计离不开数学、力学、材料等学科的支撑。

未来，它将会不断地被应用于人类生活的各个领域，并且有可能会成为人类生活的必需品。

下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真一、本文概述随着医疗科技的快速发展，下肢康复外骨骼机器人作为一种新型康复设备，正日益受到研究者和医疗工作者的关注。

本文旨在对下肢康复外骨骼机器人的动力学特性进行深入分析，并通过仿真实验验证其理论分析的准确性。

文章首先介绍了下肢康复外骨骼机器人的研究背景和应用意义，阐述了其动力学分析的重要性。

随后，本文详细阐述了下肢康复外骨骼机器人的动力学建模过程，包括机器人的运动学模型、动力学模型以及控制模型的建立。

在建模过程中，考虑了机器人的结构特点、运动规律以及人机交互等因素，确保了模型的准确性和实用性。

在完成动力学建模后，本文利用仿真软件对下肢康复外骨骼机器人的动力学特性进行了仿真实验。

仿真实验包括了机器人在不同运动状态下的动力学响应、人机交互过程中的力传递特性以及控制策略的有效性等方面。

通过仿真实验，本文验证了动力学模型的正确性，并为后续的实物实验提供了理论支持。

本文总结了下肢康复外骨骼机器人动力学分析及仿真的主要研究成果，并指出了未来研究方向。

通过本文的研究，不仅有助于深入理解下肢康复外骨骼机器人的动力学特性，还为优化机器人设计、提高康复效果以及推动医疗康复领域的发展提供了有益的参考。

二、下肢康复外骨骼机器人概述下肢康复外骨骼机器人是一种辅助人体下肢运动，帮助进行康复训练的先进医疗设备。

这种机器人通过精密的机械结构和智能控制系统，能够实时地感知并适应穿戴者的运动意图，提供必要的助力或阻力，以达到改善运动功能、增强肌肉力量、促进神经恢复等康复目标。

下肢康复外骨骼机器人通常由支架、传感器、执行器、控制系统等部分组成。

支架负责支撑和保护穿戴者的下肢，同时提供运动的轨迹和范围。

传感器则负责实时感知穿戴者的运动状态、肌肉力量、姿态等信息，为控制系统提供决策依据。

执行器则根据控制系统的指令，驱动机械结构产生相应的动作，提供助力或阻力。

在动力学分析方面，下肢康复外骨骼机器人需要考虑穿戴者的运动学特性和动力学特性，以及机器人自身的机械特性、控制特性等因素。

下肢助力外骨骼机器人研究随着科技的不断进步，机器人技术已经越来越广泛地应用于各个领域。

其中，下肢助力外骨骼机器人作为一种辅助人体行走的外骨骼装置，受到了越来越多的。

本文将介绍下肢助力外骨骼机器人的研究背景、现状、技术原理及实现方法，以及应用领域和未来发展。

下肢助力外骨骼机器人是一种可穿戴的智能设备，它通过仿生学原理和机械结构设计，为穿戴者提供额外的支撑和助力，从而减轻行走时的负担。

这种外骨骼机器人对于那些需要长时间行走或者负重工作的人群，以及下肢损伤或疾病的康复治疗具有重要的意义。

随着人口老龄化的加剧，下肢助力外骨骼机器人还有着广阔的老年护理市场前景。

下肢助力外骨骼机器人的研究可以追溯到20世纪末，至今已经经历了多个阶段的发展。

目前，下肢助力外骨骼机器人已经在临床应用上取得了一些显著的成果。

例如，在军事、工业和康复医学等领域，已经有一些原型机或者商业产品投入使用，并得到了良好的反馈。

同时，学界对于下肢助力外骨骼机器人的研究也在不断深入，涉及到机械设计、控制系统、人工智能等多个方面。

下肢助力外骨骼机器人的技术原理主要包括仿生学、机械动力学、传感技术、控制算法等。

其实现方法通常包括关键零部件的设计与制造、机构优化与调试、传感器采集与处理、控制算法设计与实现等步骤。

下肢助力外骨骼机器人的核心部分包括腰部、大腿杆、小腿杆和脚踝等部位的设计。

这些部位通过仿生学的原理，模仿人体下肢的动作规律，从而实现与人体运动协同的外骨骼机器人。

在仿生学的基础上，通过机械动力学的研究，可以进一步优化机器人的负载能力和效率。

同时，利用先进的传感技术，可以实时采集穿戴者的运动信号并反馈给控制系统，从而实现精准的控制。

下肢助力外骨骼机器人具有广泛的应用领域。

在军事方面，下肢助力外骨骼机器人可以帮助士兵在行军过程中节省体力，提高作战能力。

在工业生产中，下肢助力外骨骼机器人可以帮助工人进行重物搬运等体力劳动，提高生产效率。

在康复医学领域，下肢助力外骨骼机器人可以帮助患有下肢损伤或疾病的人进行康复训练，加速恢复。

7-DOF下肢外骨骼机器人机构的设计与研究的开题报告一、选题背景近年来，随着机器人技术的不断发展，外骨骼机器人（Exoskeleton Robot）作为一种新型的智能辅助装置在行业中得到越来越广泛的应用。

下肢外骨骼机器人是一种可以辅助或协助下肢运动的装置，在长时间的行走、站立或者康复和康复训练等领域具有潜在的应用价值。

目前，已经有许多外骨骼机器人研究，但是尚缺乏一种结构简单、性能稳定的、适用于日常生活的下肢外骨骼机器人。

本文选题旨在研究设计一种7-DOF下肢外骨骼机器人，通过机构设计和控制算法的优化，实现下肢的正常运动与支持，提高人体行走和站立的舒适度和稳定性，为下肢残疾人提供帮助。

本文重点研究外骨骼机器人的机构设计，包括机器人的关键部件设计、力学建模、运动学正反解等，为下一步的控制算法优化提供基础。

二、研究内容1. 下肢外骨骼机器人的现状和前景：对外骨骼机器人的应用领域、发展历程、技术架构、性能等进行概述。

2. 外骨骼机器人的机构设计：对机器人的机构设计进行详细阐述，包括构想设计、CAD制图、运动学正反解等。

3. 运动控制算法：建立机器人的动力学模型，设计运动轨迹规划和控制算法，对机器人进行仿真测试。

4. 系统整体性能测试：设计测试系统，对外骨骼机器人进行整体性能测试，包括功率消耗、运动稳定性、负载能力等。

三、研究意义本研究将有助于深入了解下肢外骨骼机器人的基本原理和机构设计，开发一款适合日常生活的外骨骼机器人，提高下肢残疾人的生活质量。

同时，本研究也可为机器人控制算法提供基础，为机器人技术应用提供新的思路和方法。

四、研究计划1. 第一阶段（6个月）：研究现有下肢外骨骼机器人技术，进行机构设计和运动学正反解等基础研究。

2. 第二阶段（6个月）：完成力学建模和控制算法设计，进行仿真测试和性能分析。

3. 第三阶段（6个月）：进行外骨骼机器人的系统测试和性能验证，并进行改进和优化。

五、预期结果1. 完成下肢外骨骼机器人的机构设计和运动控制算法的优化。

摘　要外骨骼是一种能够穿戴于人体外侧并协助人体行走的机械装置,可以帮助患者、老人、残疾人正常行走，有效提高其生活质量，因此对用于康复医疗的下肢外骨骼机器人的研究具有重要的现实意义和应用价值。

本文为开发一套下肢外骨骼机器人系统，涉及到机器人平台、系统参数辨识、人机运动控制的设计和实现，并利用该机器人平台开展相关健康人实验，为相关康复工程领域的关键问题研究奠定了基础。

首先搭建一套下肢外骨骼机器人平台。

主要工作有以下几点：1、首先在结构上通过设计可拉伸内凹连杆和腿部贴片以适应不同腿长人员穿戴的舒适性，使人机一体重心更偏向于中心，并根据腿部运动的极限位置设计可调安全限位模块，最后为充分检测人机之间耦合力和同步性，设计采用三维力传感器和姿态传感器测量人机之间各个维度耦合力矩和姿态误差。

2、其次根据下肢外骨骼系统应用场景设计测控系统。

其中电路系统的设计需要考虑电机驱动系统负载功率，硬件接口转换等。

其次为提高算法开发效率，针对下肢外骨骼机器人系统设计了一套基于MATLAB和LabVIEW联合开发软件平台，软件平台可自动将算法编译成控制器可识别的动态链接库并直接调用。

其次进行下肢外骨骼机器人系统建模与参数辨识。

对下肢外骨骼系统参数进行辨识是其运用的关键，根据其物理结构和运动特性对其采用拉格朗日动力学建模和人机接触力建模。

利用B­spline设计好的激励轨迹可减少回归矩阵病态，有效提高系统参数辨识结果的精度。

本文将采用一种基于生物地理学的学习粒子群优化(BLPSO)的启发式算法用于激励轨迹优化和系统参数识别，通过改善搜索策略，BLPSO不仅可以避免系统参数收敛到局部最小值，同时也可以提高系统参数的辨识精度。

然后为下肢外骨骼机器人设计控制器。

外骨骼机器人是一套高度非线性系统，结合系统辨识的模型参数并针对“机主人辅”控制方式设计了一套具有人机耦合力和运动摩擦力补偿的反步控制算法，通过稳定性分析证明了控制器的稳定性，该控制器相比与无模型控制(比如PID)，具有更多设计上的灵活性。

下肢康复外骨骼机器人研究摘要：康复是一种针对患有运动障碍或功能障碍的个体进行恢复和改善的治疗过程。

许多因素，如运动损伤、脑卒中、脊髓损伤和肌肉骨骼疾病，都可能导致患者丧失下肢功能。

康复领域面临着许多挑战，包括长期的治疗过程、康复效果的不确定性以及患者在康复训练中可能遇到的困难。

关键词：下肢康复；外骨骼机器人；研究引言在过去的几十年中，随着科技的进步，外骨骼机器人逐渐出现并得到了广泛的发展。

外骨骼机器人是一种结合了机械、电子和计算技术的装置，可以附着在患者的身体上，并通过传感器和运动控制系统来辅助或代替患者的肢体功能。

它们为下肢康复提供了全新的解决方案，可以帮助患者重建肌肉力量、改善步态和平衡，促进康复过程。

1. 外骨骼机器人技术原理1.1 机械结构与设计外骨骼机器人的机械结构和设计是其基础和核心。

机械结构主要由支撑骨架、关节和连接件组成，这些组件构成了一个与人体下肢相似的框架。

设计时需要考虑机器人的重量、稳定性、舒适度和便携性，以确保患者在佩戴外骨骼机器人时感到舒适且可以自由移动。

随着技术的进步，一些外骨骼机器人采用轻质材料，如碳纤维复合材料，以降低重量和提高强度。

同时，采用人体工程学原理来设计机械结构，使得外骨骼机器人与患者的身体形状更加匹配，减少不适感并提高运动效率。

1.2 传感技术与运动控制传感技术在外骨骼机器人中起着至关重要的作用，它能够实时感知患者的运动意图和姿态，从而准确地控制机器人的动作。

常见的传感器包括惯性测量单元（IMU）、压力传感器、表面肌电图（sEMG）传感器等。

IMU传感器可以测量机器人在空间中的运动和姿态，用于反馈患者的步态和平衡状态。

压力传感器可以监测脚底的接触力，帮助外骨骼机器人根据地面反馈调整支撑力度。

sEMG传感器用于测量肌肉的电活动，可以帮助机器人感知患者的运动意图，并实现与人体的协同运动。

运动控制是通过传感器获取的数据进行处理和计算，从而实现外骨骼机器人的动作控制。

穿戴式下肢外骨骼康复机器人机械设计摘要:本文设计了一种用于下肢功能障碍患者康复治疗的外骨骼机器人。

根据外骨骼机器人的功能与工作原理,分析了其结构组成与设计过程中的关键问题。

并从仿生学角度为外骨骼机器人配置自由度,设定关节活动范围及连杆尺寸,对机械结构进行了初步分析与优化设计。

为进一步的研究、分析、设计工作打下了基础。

关键词:外骨骼康复仿生机械结构The Mechanical Design of Wearable Lower Extremity Exoskeleton Rehabilitation RobotAbstract:The exoskeleton robot, used for the lower extremity dysfunction in patients with rehabilitation, was designed. Based on its function and working principle, structure and composition and the key issues in design process were analyzed. And according to bionics, the degree of freedom, the range of motion and the link size were designed,the preliminary analysis and optimization design of mechanical structures were made. It is the foundation for research, the analysis, the design for the further.Key Words:Exoskeleton;Rehabilitation;Bionics;Mechanical structures穿戴式下肢外骨骼康复机器人是一种典型的外骨骼助力装置[1],穿戴在患者下肢外部,为患者提供诸如助力、保护、身体支撑等功能,同时又融合了传感、控制、信息获取、移动计算等机器人技术,使得该机器人能在操作者的无意识控制下完成助力行走等的功能和任务,是典型人机一体化系统[2]。

摘要随着下肢运动功能障碍患者数量日益增多和临床康复治疗愈发迫切，近年来下肢康复机器人的研究与发展受到国内外学者的广泛关注，如何使下肢康复机器人具备自适应、人机协作和柔性控制等效果是当前亟待解决的难题。

在此背景下，本文设计了一种基于套管式柔索驱动的平地行走下肢康复外骨骼机器人，并对其进行了理论分析和仿真研究，主要工作如下：（1）利用Xsens MVN惯性运动捕捉系统采集了正常人体行走步态信号，在对人体解剖学结构研究的基础上，建立了人体下肢的正运动学和逆动力学模型；考虑到地面力对下肢关节力矩的影响，推导并基于非保守Lagrange方程解算了行走下肢关节力矩；通过Simmechanics进行了逆动力学仿真，仿真结果验证了关节力矩解算的准确性，为理论分析和仿真研究提供了数据来源。

（2）依据下肢运动机理，提出了套管式柔索驱动下肢康复外骨骼机器人的总体方案；根据关节运动范围与成年人身高尺寸比例，完成了可调节型外骨骼与移动型台架的结构设计、柔索驱动关节的模块化构型设计以及驱动机构设计，确定了套管式柔索的连接方式，为分析研究奠定了模型基础；借助ANSYS Workbench 对关键零部件进行了静力学分析，校核结果表明结构设计能够满足强度要求。

（3）分析了柔索驱动关节的理论模型，通过位置逆解分析得到了柔索长度与关节角之间的变化规律；在力学分析的基础上，研究了柔索拉力分配问题，并利用P-范数近似与正交补方法实现了柔索拉力的优化求解；采用微元法分析了定曲率与变曲率套管摩擦力对柔索驱动的影响；设计了一种结构简单紧凑的柱型变刚度模块，并通过刚度分析验证了设计预期，为仿真研究提供了理论支撑。

（4）在ADAMS中搭建了下肢康复外骨骼机器人的虚拟样机，并分别基于柔索长度变化量与拉力进行了驱动仿真实验，通过比较关节角变化情况表明了模型设计的合理性与理论分析的正确性；根据患者被动行走康复训练特点，设计了自适应迭代学习控制系统，利用Simulink实现了联合仿真控制实验，结果验证了该控制方法对关节期望运动轨迹的跟踪性能与下肢康复外骨骼机器人的可控性。

下肢外骨骼机器人控制方法的研究中期报告
本研究旨在研发一种下肢外骨骼机器人控制方法，以帮助受限制的
人恢复其行走能力。

本次中期报告总结了研究的进展情况，包括以下几
个方面：
1. 设计了一套完整的下肢外骨骼机器人系统，包括机身、关节骨架、电池和控制器等部件，并完成了装配和调试工作。

2. 开发了一套基于传感器数据的控制算法，以实现对下肢外骨骼机
器人的控制和运动规划功能。

传感器数据包括加速度、角速度、关节角
度和动力输出等指标。

3. 实现了一系列控制功能，包括姿态稳定、步态规划和反馈调节等。

其中，姿态稳定算法以云台控制器为基础，在支持向心加速度的同时，
进行足部旋转以迎合不同的行走方向。

步态规划算法以周期步长为基础，可根据实时传感器数据调整步长和步态以适应复杂的环境。

4. 对系统性能进行了实验分析。

实验表明，所设计的下肢外骨骼机
器人控制方法能够有效地提高行走能力。

测试数据显示，通过该机器人，被试者行走速度从0.5m/s提高到了1.2m/s，而且过程中主要关节角度误差小于1度。

综上所述，本研究在设计、控制算法和实验分析方面取得了一定成果，并为进一步完善下肢外骨骼机器人的设计和控制方法提供了参考。

在下一步的研究中，我们将重点考虑机器人的灵活性和适应性，并继续
进行实验测试以进一步验证该机器人的性能和可行性。