腰部助力型外骨骼机器人的研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

随着社会老龄化程度的加剧以及体力劳动强度不断增加，腰部损伤已成为一种常见病，严重影响患者的日常生活和工作。

同时，在物流搬运、建筑施工等领域，工人的腰部也承受着巨大的负荷，容易造成职业病。

为了减轻腰部负担、预防损伤以及提高工作效率，近年来国内外学者对腰部助力外骨骼机器人的研究逐渐重视，并取得了一定的成果。

2. 本选题国内外研究状况综述

近年来，随着机器人技术、传感器技术和控制理论的不断发展，外骨骼机器人的研究取得了显著进展，并在医疗康复、工业生产、军事等领域展现出巨大的应用潜力。

1. 国内研究现状

国内在腰部助力外骨骼机器人的研究起步相对较晚，但近年来发展迅速，一些高校和科研机构在该领域取得了一系列成果。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本课题的主要研究内容如下：1.人体腰部运动规律研究：分析人体在弯腰、搬运等动作过程中的腰部运动规律，建立人体腰部运动模型，为外骨骼机器人的设计提供生物力学依据。

2.腰部助力外骨骼机器人结构设计：设计一种轻便、舒适、符合人体工程学的腰部外骨骼机器人结构，采用轻质材料和优化设计，确保结构强度和稳定性的同时，最大限度地减轻外骨骼自身的重量和体积。

3.控制系统设计：研究高效、稳定的控制算法，实时监测人体运动意图，并控制外骨骼机器人提供精准的助力，实现人机协同运动。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、实验研究和仿真模拟相结合的方法，逐步开展以下研究工作：
1.文献调研与需求分析：通过查阅国内外相关文献，了解腰部助力外骨骼机器人的研究现状、技术发展趋势以及应用需求，为研究方向的确定和技术路线的选择提供参考依据。

2.人体腰部运动规律研究：通过人体运动捕捉系统、表面肌电仪等设备，采集人体在不同负重、不同运动速度下的腰部运动数据，分析腰部关节角度、肌肉活动等参数的变化规律，建立人体腰部运动模型。

3.腰部助力外骨骼机器人结构设计：基于人体腰部运动规律和人体工程学原理，采用solidworks等三维建模软件进行腰部助力外骨骼机器人的结构设计，并通过有限元分析等方法对结构强度、稳定性和可靠性进行评估。

5. 研究的创新点

本研究的创新点主要体现在以下几个方面：
1.基于人体运动意图预测的控制算法：传统的腰部助力外骨骼机器人大多采用基于传感器反馈的控制方法，控制精度和响应速度有限。

本研究将探索基于人体运动意图预测的控制算法，通过采集人体运动数据，建立人体运动模型，预测用户的运动意图，提前控制外骨骼机器人提供助力，提高人机协同性和运动的流畅性。

2.轻量化和舒适性设计：针对现有腰部助力外骨骼机器人普遍存在的体积大、重量大、舒适性差等问题，本研究将采用轻质材料和优化设计，在保证结构强度和稳定性的前提下，最大限度地减轻外骨骼自身的重量和体积，并结合人体工程学原理，提高外骨骼机器人的穿戴舒适性。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1]毛亮,朱华.外骨骼机器人技术研究现状与发展趋势[j].机械工程学报,2021,57(17):1-18.

[2]陈柏,丁宁,葛文杰,等.外骨骼机器人人机交互意图识别研究综述[j].机械工程学报,2022,58(17):1-16.

[3]王军政,王涛,马宏伟,等.人体运动意图识别及其在康复外骨骼中的应用研究进展[j].自动化学报,2020,46(7):1293-1308.