下肢可穿戴外骨骼机器人仿人机构设计与运动控制研究任务书任务书一、任务背景近年来，机器人技术的发展已经逐渐引起了人们的关注。随着社会的进步和科技的不断发展，机器人逐渐成为了人们日常生活中不可缺少的一部分。尤其是外骨骼机器人技术的快速发展，为残障人士带来了极大的福利，使他们能够更加自由地参与到社会中来。其中，下肢可穿戴外骨骼机器人作为当前研究的热门方向，已成为了学术界和工业界研究的重点。本文旨在研究下肢可穿戴外骨骼机器人的仿人机构设计以及运动控制，为下一步的研究和开发提供理论基础和技术支撑。二、研究内容（一）下肢可穿戴外骨骼机器人仿人机构设计1、下肢骨架设计：根据人的下肢骨骼结构，设计机器人的下肢骨架结构，包括髋关节、膝关节、踝关节等。2、能量传递机构设计：设计机器人的电机、减速器、传动齿轮等能量传递机构，使其能够快速、平稳地运动。3、力传递机构设计：设计机器人的油压系统、气压系统等力传递机构，使其能够提供充足的动力支持，以达到更好的运动效果。4、传感器系统设计：设计机器人的陀螺仪、加速度计、压力传感器等传感器系统，实现姿态稳定控制和步态控制。（二）下肢可穿戴外骨骼机器人运动控制1、姿态稳定控制：利用传感器信息对机器人进行姿态稳定控制，保证机器人在运动时的稳定性。2、步态控制：研究机器人的步态控制算法，将其运动轨迹与人类步态相匹配，使机器人能够自然、流畅地行走。3、交互控制：研究机器人的交互控制算法，使机器人能够自适应地适应不同的环境和不同的人类行为，提高机器人的智能化程度。三、研究方法（一）仿人机构设计1、基于医学图像学对人体运动学特性进行研究。2、基于有限元分析对机器人结构进行强度分析和优化。3、采用CAD、Solidworks等软件对机构进行三维建模，制作出实体模型。（二）运动控制1、利用Matlab对机器人的轨迹规划进行研究和仿真分析。2、使用C++或Matlab等语言开发控制程序，并通过底层控制器将控制信号发送到硬件上。3、采用ROS形成的软件平台，通过数据的共享和通信实现机器人的控制和调试。四、预期成果（一）下肢可穿戴外骨骼机器人仿人机构设计1、设计出结构精致、性能稳定、操作便捷的下肢可穿戴外骨骼机器人。2、建立完整的仿人机构三维模型，为下一步的制造提供完整的壳体和动力系统。（二）下肢可穿戴外骨骼机器人运动控制1、成功实现步态控制和姿态稳定控制。2、将交互控制算法运用到机器人运动控制中，提高机器人的智能化水平。3、设计实现完善的跌倒检测和保护机制。五、进度计划（一）下肢可穿戴外骨骼机器人仿人机构设计1、任务分解和计划制订。2、相关理论研究和文献调研。3、下肢骨架设计和动力系统优化。4、实体模型制作和实验验证。（二）下肢可穿戴外骨骼机器人运动控制1、姿态稳定控制算法研究和实验验证。2、步态控制算法研究和实验验证。3、交互控制算法研究和实验验证。4、跌倒检测和保护机制设计和实验验证。六、参考文献1.LiZ,HouZG,WeiQ,etal.Human-likeenergy-efficientwalkingforahumanoidrobotwithatwo-levelcontrolstructure.RoboticsandAutonomousSystems,2015,70:83-92.2.ZhangK,YanC,NiuM,etal.Areviewofcyber-physicalsystemsinlowerlimbexoskeletonsforparaplegiarehabilitation.Cyber-PhysicalSystems,2016,2(1-2):24-37.3.ZhangZ,GuX,SongA,etal.Analysisanddesignofalower-limbexoskeletonrehabilitationrobot.InternationalJournalofControl,Automation,andSystems,2015,13(4):795-804.4.ZhangZ,GuX,LiY,etal.Designandcontrolofapoweredlowerlimborthosisforgaitassistance.JournalofMedicalDevices,2016,10(3):031009.