下肢可穿戴外骨骼機器人仿人機構設計與運動控制研究任務書任務書一、任務背景近年來，機器人技術的發展已經逐漸引起了人們的關注。隨著社會的進步和科技的不斷發展，機器人逐漸成為了人們日常生活中不可缺少的一部分。尤其是外骨骼機器人技術的快速發展，為殘障人士帶來了極大的福利，使他們能夠更加自由地參與到社會中來。其中，下肢可穿戴外骨骼機器人作為當前研究的熱門方向，已成為了學術界和工業界研究的重點。本文旨在研究下肢可穿戴外骨骼機器人的仿人機構設計以及運動控制，為下一步的研究和開發提供理論基礎和技術支撐。二、研究內容（一）下肢可穿戴外骨骼機器人仿人機構設計1、下肢骨架設計：根據人的下肢骨骼結構，設計機器人的下肢骨架結構，包括髖關節、膝關節、踝關節等。2、能量傳遞機構設計：設計機器人的電機、減速器、傳動齒輪等能量傳遞機構，使其能夠快速、平穩地運動。3、力傳遞機構設計：設計機器人的油壓系統、氣壓系統等力傳遞機構，使其能夠提供充足的動力支持，以達到更好的運動效果。4、傳感器系統設計：設計機器人的陀螺儀、加速度計、壓力傳感器等傳感器系統，實現姿態穩定控制和步態控制。（二）下肢可穿戴外骨骼機器人運動控制1、姿態穩定控制：利用傳感器信息對機器人進行姿態穩定控制，保證機器人在運動時的穩定性。2、步態控制：研究機器人的步態控制算法，將其運動軌跡與人類步態相匹配，使機器人能夠自然、流暢地行走。3、交互控制：研究機器人的交互控制算法，使機器人能夠自適應地適應不同的環境和不同的人類行為，提高機器人的智能化程度。三、研究方法（一）仿人機構設計1、基于醫學圖像學對人體運動學特性進行研究。2、基于有限元分析對機器人結構進行強度分析和優化。3、采用CAD、Solidworks等軟件對機構進行三維建模，制作出實體模型。（二）運動控制1、利用Matlab對機器人的軌跡規劃進行研究和仿真分析。2、使用C++或Matlab等語言開發控制程序，并通過底層控制器將控制信號發送到硬件上。3、采用ROS形成的軟件平臺，通過數據的共享和通信實現機器人的控制和調試。四、預期成果（一）下肢可穿戴外骨骼機器人仿人機構設計1、設計出結構精致、性能穩定、操作便捷的下肢可穿戴外骨骼機器人。2、建立完整的仿人機構三維模型，為下一步的制造提供完整的殼體和動力系統。（二）下肢可穿戴外骨骼機器人運動控制1、成功實現步態控制和姿態穩定控制。2、將交互控制算法運用到機器人運動控制中，提高機器人的智能化水平。3、設計實現完善的跌倒檢測和保護機制。五、進度計劃（一）下肢可穿戴外骨骼機器人仿人機構設計1、任務分解和計劃制訂。2、相關理論研究和文獻調研。3、下肢骨架設計和動力系統優化。4、實體模型制作和實驗驗證。（二）下肢可穿戴外骨骼機器人運動控制1、姿態穩定控制算法研究和實驗驗證。2、步態控制算法研究和實驗驗證。3、交互控制算法研究和實驗驗證。4、跌倒檢測和保護機制設計和實驗驗證。六、參考文獻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.Designandcontrolofapo