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1、開題報告范文-?上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人設(shè)計?
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關(guān)鍵詞：上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人青島大學碩士開題報告范文青島論文開題報告
一、選題的目的和意義
據(jù)統(tǒng)計,我國60歲以上的老年人已有1.12億。伴隨老齡化過程中明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈敏性不斷下降，進而對日常的生活產(chǎn)生了種種不利的影響。此外，由于各種疾病而引起的肢體運動性障礙的病人也在顯著增加，與之相對的是通過人工或簡單的醫(yī)療設(shè)備進展的康復(fù)理療已經(jīng)遠不能滿足患者的要求。隨著國民經(jīng)濟的開展，這個特殊群體已得到更多人
2、的關(guān)注，治療康復(fù)和效勞于他們的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量也在相應(yīng)地進步，因此效勞于四肢的康復(fù)機器人的研究和應(yīng)用有著廣闊的開展前景。
目前世界上手功能康復(fù)機器人的研究出于剛起步狀態(tài)，各種機器人產(chǎn)品更是少之又少，在國內(nèi)該領(lǐng)域中尚處于空白狀態(tài)，臨床應(yīng)用任重而道遠，因此對手功能康復(fù)機器人的研究有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科學意義。
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題：康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測和康復(fù)力的柔順控制，平安性能有待進步;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評價。本課題針對以上問題，采用氣動人工肌肉驅(qū)動的手指康
3、復(fù)訓(xùn)練機器人實現(xiàn)手指康復(fù)訓(xùn)練的多自由度運動，不僅降低了設(shè)備本錢，更重要的是進步了系統(tǒng)對人類自身的平安性和柔順性，且具有體積小，運動的強度和速度易調(diào)整等特點。
課題的研究思想符合實際國情和康復(fù)機器人對系統(tǒng)柔順性、平安性、輕巧性的高要求。它將機器人技術(shù)應(yīng)用于患者的手部運動功能康復(fù)，研究一種柔順舒適、可穿戴的手功能康復(fù)機器人，輔助患者完成手部運動功能的重復(fù)訓(xùn)練，其輕便經(jīng)濟、穿卸方便，尤其適于家庭使用，既可為患者提供有效的康復(fù)訓(xùn)練，又不增加臨床醫(yī)療人員的負擔和衛(wèi)生保劍
綜上所述，氣動人工肌肉驅(qū)動手指康復(fù)訓(xùn)練機器人的設(shè)計是氣壓驅(qū)動與機器人技術(shù)相結(jié)合在康復(fù)醫(yī)學領(lǐng)域內(nèi)的新應(yīng)用，具有重要的科學意義
4、。
二、國內(nèi)外研究動態(tài)
2.1國外研究動態(tài)
美國是研究氣動肌肉機構(gòu)最多的國家，主要集中在大學。
華盛頓大學的生物機器人實驗室從生物學角度對氣動肌肉的特性作了深化研究，從等效做功角度建模，并進展失效機理分析，代寫論文制作力假肢和仿人手臂用于脊椎反射運動控制研究。
vanderbilt大學認知機器人實驗室(gnitiverbtislab,rl)研制了首個采用氣動肌肉驅(qū)動的爬墻機器人，并應(yīng)用于驅(qū)動智能機器人(intelligentsft-arntrl,isa)的手臂。
伊利諾伊大學香檳分校的貝克曼研究所對圖像定位的5自由度sftar機械手采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進展高精度位置
5、控制和軌跡規(guī)劃。亞利桑那州立大學設(shè)計了并聯(lián)彈簧的新構(gòu)造氣動肌肉驅(qū)動器，可以同時得到收縮力和推力，并與工業(yè)界合作開發(fā)了多種用于不同部位肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
英國salfrd大學高級機器人研究中心對氣動肌肉的應(yīng)用作了長期的系統(tǒng)研究，開發(fā)了用于核工業(yè)的操作手、乖巧手、仿人手臂以及便攜式氣源和集成化氣動肌肉，目前正在研究10自由度的下肢外骨骼以及仿人手的遠程控制。
法國國立應(yīng)用科學學院(institutednatinaldissidenesappliqus,insa)研究了氣動肌肉的動靜態(tài)性能和多種控制策略，目前正在研制新型驅(qū)動源的人工肌肉以及在遠程醫(yī)療上的應(yīng)用。
比利時布魯
6、塞爾自由大學制作了新型的折疊式氣動肌肉用于驅(qū)動兩足步行機器人，實現(xiàn)了運動控制。
日本bridgestne公司在rubbertauter之后又創(chuàng)造了多種不同構(gòu)造的氣動肌肉。德國festn公司創(chuàng)造了適宜工業(yè)應(yīng)用的氣動肌腱fluidiusle，壽命可達1000萬次以上，同時還對氣動肌肉的應(yīng)用作了許多令人耳目一新的工作。英國shad公司研制了目前世界上最先進的仿人手。美國的kinetiusles公司與亞利桑那州立大學合作開發(fā)了多種用于肌肉康復(fù)訓(xùn)練的小型醫(yī)療設(shè)備。
lilly采用基于滑動模的參數(shù)自適應(yīng)控制策略，實現(xiàn)了單氣動肌肉驅(qū)動的關(guān)節(jié)位置控制。
2.2國內(nèi)研究動態(tài)
自20世紀9
7、0年代以來，我國陸續(xù)開始了氣動肌肉的研究。
北京航空航天大學的宗光華較早開始氣動肌肉的研究，分析了其非線性特性、橡膠管彈性及其自身摩擦對驅(qū)動模型的影響，并應(yīng)用于五連桿并聯(lián)機構(gòu)，通過剛度調(diào)節(jié)實現(xiàn)柔順控制。
上海交通大學的田社平等運用零極點配置自適應(yīng)預(yù)測控制、非線性逆系統(tǒng)控制以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，實現(xiàn)單自由度關(guān)節(jié)的快速、高精度位置控制。
哈爾濱工業(yè)大學的王祖溫等分析了氣動肌肉構(gòu)造參數(shù)對性能的影響、氣動肌肉的靜動態(tài)剛度特性以及與生物肌肉的比較，提出將氣動肌肉等效為變剛度彈簧，設(shè)計了氣動肌肉驅(qū)動的具有4自由度的仿人手臂、外骨骼式力反響數(shù)據(jù)手套和6足機器人，采用輸入整形法解決關(guān)節(jié)階躍響
8、應(yīng)剩余震蕩問題。
北京理工大學的彭光正等先后進展了單根人工肌肉、單個運動關(guān)節(jié)以及3自由度球面并聯(lián)機器人的位置及力控制，采用了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種智能控制算法，并設(shè)計了6足爬行機器人和17自由度仿人五指乖巧手。
哈爾濱工業(yè)大學氣動中心的隋立明博士也通過實驗得到了氣動人工肌肉的一個更簡潔的修正模型和經(jīng)歷公式并對兩根氣動人工肌肉組成的一個簡單關(guān)節(jié)系統(tǒng)進展實驗建模和采用位置閉環(huán)的控制方法進一步驗證氣動人工肌肉的模型。
上海交通大學的林良明也對氣動人工肌肉的軌跡學習控制進展了仿真研究給出了學習的收斂性的初步結(jié)論為下一步的學習控制奠定了基矗其中田社平通過對氣動人工肌肉收縮在頻率域上的
9、數(shù)學模型并對它的構(gòu)造及其靜動態(tài)特性進展了理論分析建立了相應(yīng)的靜態(tài)力學方程。
2022年付大鵬等，以機械手抓取物體為分析對象，采用矩陣法來描繪機械手的運動學和動力學問題，以四階方陣變換三維空間點的齊次坐標為根底，將運動、變換和映射與矩陣計算聯(lián)絡(luò)起來建立了機械手的運動數(shù)學模型，并提出了機械手運動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的新方法，這種方法對機械手的精細設(shè)計和計算具有普遍適用意義。
2022年車仁煒，呂廣明，陸念力對5自由度的康復(fù)機械手進展了動力學分析，將等效有限元的方法應(yīng)用到開式的5自由度的康復(fù)機械手的動力分析中，這種方法比傳統(tǒng)的分析方法建模效率高、簡單快捷，極其適宜現(xiàn)代計算機的開展，的除了機械臂的
10、動力響應(yīng)曲線，為機械手的優(yōu)化設(shè)計及控制提供理論根據(jù)。
2022年北京結(jié)合大學張麗霞，楊成志根據(jù)拿取非規(guī)那么物品的任務(wù)要求，采用轉(zhuǎn)動機構(gòu)和連桿機構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計了五指型機器手，手指彎曲電機與指間平衡電機耦合驅(qū)動，實現(xiàn)了機器手的多角度張開、抓握運動方式,對實用型仿人機器手的機構(gòu)設(shè)計有參考意義。
2022年楊玉維等人對輪式懸架挪動2連桿柔性機械手進展了動力學研究與仿真，。采用經(jīng)典瑞利.里茲法和浮動坐標法描繪機械手彈性變形與參考運動間的動力學耦合問題，綜合利用拉格朗日原理和牛頓.歐拉方程并在笛卡爾坐標系下，以矩陣、矢量簡潔的形式構(gòu)建了該挪動柔性機械手系統(tǒng)的完好動力學模型并進展仿真。
2
11、022年羅志增，顧培民研究設(shè)計了一種單電機驅(qū)動多指多關(guān)節(jié)機械手，可以很好的實現(xiàn)乖巧、穩(wěn)妥的抓取物體，這個機械手共有4指12個關(guān)節(jié)。每個手指有3個指節(jié)，由兩個平行四邊形的指節(jié)構(gòu)造確保手指末端做平移運動，這種設(shè)計方案很好的實現(xiàn)了控制簡單、抓握可靠的目的。
從目前來看，國內(nèi)對氣動人工肌肉的研究仍處于剛起步的階段。有關(guān)氣動人工肌肉的研究與國外還有相當?shù)牟罹鄬鈩尤斯ぜ∪庵械脑S多問題，還沒有進展深化的研究。此外，采用氣動人工肌肉作為機器人驅(qū)動器的研究還不成熟。
三、主要研究內(nèi)容和解決的主要問題
目前大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備存在以下一些問題:康復(fù)訓(xùn)練過程中，缺乏對關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度的觀測和康
12、復(fù)力的柔順控制，平安性能有待進步;大多數(shù)手功能康復(fù)設(shè)備沒有拇指的參與;感知功能差，對康復(fù)治療過程的力位信息和康復(fù)效果不能建立起有效地評價。為此，課題主要研究內(nèi)容：設(shè)計一種構(gòu)造簡單，易于穿戴，并且平安、柔順、低本錢，使用方便的氣動手功能康復(fù)設(shè)備。對氣動手指康復(fù)系統(tǒng)進展機構(gòu)運動學分析、用atlab軟件對康復(fù)訓(xùn)練機器人的康復(fù)治療過程的力位信息進展仿真分析。
要實現(xiàn)上述的目的，系統(tǒng)中需要著重解決的關(guān)鍵技術(shù)有：
(1)基于已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人外骨骼機械械構(gòu)造部分的設(shè)計，對手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。主要包括：人手部的手指彎曲抓握動作分析，氣壓驅(qū)動關(guān)節(jié)機構(gòu)自由度的優(yōu)化配置。使機械手可以實現(xiàn)手
13、指的彎曲、物體的抓握等手部癱瘓患者不能實現(xiàn)的動作。
(2)對機器人機械機構(gòu)的運動學分析。主要包括：氣壓驅(qū)動的手指關(guān)節(jié)外骨骼機械機構(gòu)的運動學分析。
(3)機器人機構(gòu)的力位信息仿真。主要包括：用atlab軟件進展機器人氣壓驅(qū)動終端的力位信息仿真。
根據(jù)總體方案設(shè)計以及工作量的要求，外附骨骼機械手系統(tǒng)是上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人的一部分，本文主要是研究手指康復(fù)機械系統(tǒng)運動學、動力學分析工作。
四、論文工作方案與方案
論文工作方案安排：
2022年9月2022年6月準備課題階段：
主要工作：學習當今最先進的機器人設(shè)計技術(shù);學慣用atlab軟件進展計算仿真及優(yōu)化，查閱國
14、內(nèi)外的資料，對康復(fù)機械手作初步理解。
2022年7月2022年9月課題前期階段
主要工作：課題方案設(shè)計，擬寫開題報告，開題。
2022年10月2022年7月課題中期階段
主要工作：開始詳細課題研究工作，根據(jù)已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人外骨骼機械械構(gòu)造部分設(shè)計，對手指康復(fù)訓(xùn)練方法分析和提煉。研究手指康復(fù)機械系統(tǒng)運動學、動力學分析工作。
2022年8月2022年12月課題后期階段
主要工作：對手指康復(fù)機器人進展模擬仿真，對設(shè)計進展優(yōu)化，并在此根底上進一步完善課題。
2022年1月2022年4月完畢課題階段
主要工作：整理相關(guān)資料，撰寫論文，準備進展畢業(yè)論文辯論。
2022年5月2022年6月論文辯論階段
主要工作方案：
1.完成學位課與非學位課學習的同時，進展市場調(diào)研，對手指康復(fù)機械手作初步理解。
2.查閱資料，理解氣動手指康復(fù)機器人的國內(nèi)外開展現(xiàn)狀。
3.分析已有上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人外骨骼機械械構(gòu)造的部分設(shè)計。
4.對現(xiàn)有手指康復(fù)訓(xùn)練方法設(shè)計進展分析和提煉，分析其優(yōu)缺點。
5.開始詳細設(shè)計工作。
6.atlab進展模擬仿真。
7.撰寫論文。
開題報告范文《上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人設(shè)計》
