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文档简介
三自由度主动式上肢康复机器人结构设计与开发的开题报告一、研究背景近年来，随着人口老龄化的加剧，上肢功能障碍相关的疾病和意外事件也逐渐增多。恢复患者上肢功能的康复治疗是非常重要的，然而传统的手动康复训练存在效率低、重复性差、无法实现力控等缺点。因此，研究开发智能化、主动式的上肢康复机器人成为了当前研究的热点。二、研究目的本项目旨在设计和开发一种三自由度的主动式上肢康复机器人。该机器人能够实现运动轨迹控制、力控制、力矩控制等功能，同时能够适应不同患者的康复需求。三、研究内容1.设计并制造机器人结构：根据上肢人体解剖学结构、康复需求及机器人系统的功能要求，设计机器人的结构框架，并进行实物制造。2.实现运动轨迹控制：采用运动学及动力学模型设计运动轨迹控制算法，并结合PID控制方法优化控制效果。3.实现力控制：通过力传感器获取机器人与患者之间的作用力信息，设计力控制算法，实现精确控制力的传递。4.实现力矩控制：通过力-电机转矩传递模型设计力矩控制算法，实现对机器人输出的力矩进行控制。四、研究方法1.建立机器人动力学模型，并根据特定条件分析其动力学特性。2.采用ROS中的机器人操作系统进行数据处理以及机器人运动控制，使用C++语言编程实现程序。3.对机器人的运动学及动力学控制采用PID控制方法进行优化。五、研究意义本项目设计的三自由度上肢康复机器人可以在各种严重致残的情况下进行康复训练，以尽快恢复患者的运动功能，缩短患者的康复时间，提高康复效果。在工业方面，该机器人的研发也可以广泛应用于生产线上，使得人机协作更加高效，降低劳动强度，提高生产效率。六、研究计划本项目计划在一年内完成，具体工作计划如下：1.第1-2个月：设计上肢康复机器人结构，搜集机器人所需材料，进行机器人结构的制造和装配工作。2.第3-4个月：建立机器人动力学模型，编写机器人运动轨迹控制算法，在机器人上进行实验。3.第5-6个月：采用力传感器获取机器人与患者之间的作用力信息，并进行力控制实验。4.第7-8个月：根据力-电机转矩模型设计力矩控制算法，并进行力矩控制实验。5.第9-10个月：优化运动轨迹控制算法和力、力矩控制算法，测试机器人的整体控制效果。6.第11-12个月：对机器人的控制算法进行整合和优化，完善机器人操作界面，重新测试机器人的整体控制效果。七、研究预期成果1.一种三自由度的上肢康复机器人结构。2.实现运动轨迹控制、力控制和力矩控制功能的控制算法。3.实现机器人的整体控制和物理特性测试。4.机器人控制系统的软件和硬件原型。五、研究团队和资源条件研究团队由硕士生导师和研究生组
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