导读:本文包含了柔性外骨骼论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:上肢柔性外骨骼,肌电信号,特征识别,小波变换
柔性外骨骼论文文献综述
孙鑫[1]（2019）在《穿戴式上肢柔性外骨骼系统研究》一文中研究指出穿戴式柔性外骨骼系统作为外骨骼研究领域的全新方向,以其极高的运动自由度、较低的设备质量和良好的穿戴舒适性,正逐渐成为行军作战、康复治疗和运动助力的不二选择。本文针对脑卒中患者上肢康复训练这一应用背景,研制穿戴式上肢柔性外骨骼系统,从外骨骼系统设计、肌电信号采集与特征提取、机器人系统阻抗控制等角度展开研究。为满足脑卒中患者对上肢患肢的训练要求,本文设计的穿戴式上肢柔性外骨骼系统可以实现对患者肘关节屈曲/伸展、肩关节内旋/外旋、肩关节内展/外展的助力。外骨骼系统主要由驱动装置和柔性织衣组成,驱动装置通过Bowden线拉动固定于柔性织衣上的锚点,继而带动肢体运动。穿戴式上肢柔性外骨骼系统采用肌电信号检测人体运动意图。为建立人体运动肌电信号与运动模式之间的对应关系,本文对采集到的原始肌电信号首先进行四阶巴特沃斯带通滤波,去除信号中的高低频干扰和直流分量。随后对信号进行六阶DB小波变换,并对获得的小波系数分别计算均方根值和奇异值,构成肌电信号特征矩阵。最后利用卷积神经网络训练特征阵,获得识别模型。为控制穿戴式上肢柔性外骨骼系统对患者患肢的助力输出,系统采用阻抗控制的控制策略。系统检测患者肢体的末端位置,通过满足阻抗要求的动力学模型计算该位置下理想的输出力。随后通过内环基于力的控制器,实现反馈输出力对理想输出力的追踪。最后,搭建穿戴式上肢柔性外骨骼系统效能实验平台,通过检测人体在未获得外骨骼系统助力和获得外骨骼系统助力两种情况下的VO_2(摄氧量)、VCO_2(二氧化碳呼出量)消耗量,验证了穿戴式上肢柔性外骨骼系统的有效性。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
黄冠[2]（2019）在《面向日常出行的助老柔性外骨骼系统设计》一文中研究指出老年人肌肉动力不足,造成行走能力降低,日常出行不便。柔性外骨骼能主动助力并且具有重量轻、与人体相容性好等优点,适合辅助老年人行走。但现有柔性外骨骼未能实现辅助老年人日常出行,原因包括:现有柔性外骨骼大多数仅针对平地行走进行助力,不适合多行走环境的日常出行;需要在人体绑缚大量绑带,穿戴复杂,老年人难以接受;驱动装置重,不适合老年人日常携带等。如何改进柔性外骨骼的结构设计,研制出轻便高效的驱动装置,并设计适合不同行走环境的助力控制方法,使柔性外骨骼能够应用于多行走环境的日常出行助力,是柔性外骨骼领域亟需解决的问题。本论文来源于国家自然科学基金项目:辅助老年行走的内穿型柔性助力外骨骼。本论文的目标是设计面向老年人日常出行的助力柔性外骨骼系统。论文主要研究工作如下:(1)设计了一款可助力平地行走、上楼及上坡叁种日常行走环境的柔性外骨骼。分析了叁种日常行走环境下人体下肢生物力学参数,基于叁种日常行走环境下踝关节功率的相似性,提出了通过助力踝关节来辅助日常多环境行走的方法。无论是平地行走还是上楼、上坡,踝关节蹬地功在下肢关节总功中占比均较大,特别是平地行走及上坡时,其占比达到40%以上。由于日常行走环境下平地行走及上坡出现几率较大,因此通过助力踝关节来助力日常行走的总收益最高。(2)在穿戴结构及驱动装置的设计上进行了改进,使其适合老年人使用。设计了与鞋集成的踝关节助力柔性外骨骼穿戴结构。穿戴部分完全集成在鞋上,无需在人体上绑缚零部件,降低了穿戴复杂性,老年人更有可能接受。设计了轻量化的便携式柔性外骨骼驱动装置。利用单个电机的正反转同时助力左、右腿运动,减少了所需的电机和控制器数量,驱动装置重量仅为2.45Kg(不含电源),比已知的其他踝关节助力柔性外骨骼都更轻。(3)使用基于力的位置控制方法,控制柔性外骨骼产生所需辅助功率。通过柔性外骨骼的刚度模型可以将柔性外骨骼的目标输出力转换为电机位移,这样就能够将复杂的力控制问题转变为简单的电机位移控制。基于以上研究进行了叁种日常行走环境下的助力效果对比实验,对比3种日常行走环境下柔性外骨骼助力前后小腿肌肉激活度的变化情况。初步的实验结果证明了所设计柔性外骨骼能降低叁种日常行走环境对踝关节肌肉发力的需求。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2019-06-01）
周伟杰,韩亚丽,朱松青,周一鸣,吴振宇[3]（2019）在《柔性外骨骼助力机器人发展现状综述》一文中研究指出与传统刚性外骨骼机器人不同的是柔性外骨骼助力机器人具有轻量化、低惯性、人机贴合性好、柔顺安全等优点.综述当今国内外柔性外骨骼机器人的发展现状,重点分析人机柔性匹配性技术、驱动系统、传感器感知系统、智能控制系统等关键技术,并对其应用前景、研究方向和重点进行展望.(本文来源于《南京工程学院学报(自然科学版)》期刊2019年01期）
石拓[4]（2019）在《面向上肢康复的柔性外骨骼设计与控制》一文中研究指出近年面向医疗康复训练的外骨骼需求不断增加,而针对上肢康复训练的外骨骼研究发展迅速。但传统的上肢康复外骨骼仍以刚性外骨骼为主,基于位置控制方法对患者进行持续被动运动(Continuous Passive Motion,CPM)康复训练。而采用力矩/位置混合控制的康复外骨骼研究较少。本文主要设计了基于串联弹性驱动器(Serial Elastic Actuator,SEA)的柔性关节,并开发了面向肘关节与肩关节的康复训练外骨骼样机。首先,根据人体自由度及运动仿真分析,开展外骨骼元件选型和SEA关键弹性体的设计;其次,开展柔性外骨骼结构设计,与控制算法设计;最后,进行了康复治疗模式运动规划与实验,并验证了外骨骼控制有效性。本文的主要研究内容有:1)设计了采用SEA的肘关节及肩关节的上肢康复外骨骼机构。通过人体上肢生理参数及运动仿真确定了元件选型,并根据运动仿真数据进行了SEA关键元件串联弹性体的设计。基于SEA原理进行了外骨骼机构设计并通过有限元方法进行了零件校核,开发了外骨骼实物样机平台。2)设计了柔性康复外骨骼机器人的力矩/位置混合控制算法并对康复治疗模式进行运动规划。针对力矩/位置混合控制算法设计了基于速度内环的力矩控制器以及基于力矩内环的位置控制器,实现了外骨骼的力矩/位置混合控制。基于Matland康复训练分级标准设计了外骨骼的运动规划。3)通过外骨骼实物样机进行了康复治疗手法的实验与验证。主要开展了位置跟随、力矩/位置混合控制;以及五种康复治疗模式等实验。对外骨骼的实验效果进行了分析,实物实验验证了上肢外骨骼的控制效果及康复治疗可行性。(本文来源于《浙江大学》期刊2019-03-12）
胡定坤[5]（2019）在《仿“肌”材料越拉越强 柔性“外骨骼”问世有望》一文中研究指出科技日报北京2月11日电 （实习胡定坤）日本北海道大学研究人员近日在《科学》杂志上撰文指出，模仿骨骼肌的新型材料可在反复拉伸后变得更强健，未来有望用于制造柔性“机械外骨骼”。研究成果为制造出可长期使用、能随周围环境而调整和增强的材料铺平了道路。(本文来源于《科技日报》期刊2019-02-12）
刘自文,赵亮,于鹏,杨铁,杨洋[6]（2019）在《柔性外骨骼手的抓取力控制方法》一文中研究指出为了辅助丧失手部运动功能的患者完成日常生活用品的抓取,研制了一种基于线张力反馈的柔性外骨骼机器人系统,其可实现手指指尖抓取力的稳定控制.首先介绍了柔性外骨骼手套的结构设计以及控制策略.然后建立了手指静态力学模型,通过套索入口侧线张力计算得到手指指尖与物体之间的接触力.针对套索传动过程中存在的摩擦损耗问题,通过物理方法将套索累计弯曲角度的变化范围限制在0?～90?范围内,并采用中值补偿的方法对摩擦损耗进行补偿.最后通过柔性外骨骼手套抓取力控制实验验证了手指静态力学模型以及摩擦补偿方法的有效性,手指指尖接触力的误差最大范围为±1 N.为了验证柔性外骨骼手套的实际使用效果,在丧失手部运动功能的患者身上进行了柔性外骨骼手套的抓取实验.实验结果表明,柔性外骨骼手套可以辅助患者完成对日常生活用品的可靠抓取.(本文来源于《机器人》期刊2019年04期）
郑进忠[7]（2018）在《踝关节柔性外骨骼设计与控制研究》一文中研究指出目前下肢助力外骨骼机器人一般采用髋关节、膝关节、踝关节一体化设计,存在质量重、体积大、无外界能量输入时机械结构成为负担等缺点,导致传统下肢助力外骨骼效率低、续航能力弱、穿戴舒适性差并且无法为各下肢关节提供定制化辅助。因此设计并研究能够根据各下肢关节生理特点提供辅助的模块化轻量型柔性单关节下肢外骨骼十分有研究意义。由于在人类行走过程中踝关节提供人体推进的主要能量,因此踝关节助力外骨骼的设计在模块化轻量型柔性外骨骼的研究中具有至关重要的地位和作用。本文针对柔性轻量化踝关节外骨骼的机械本体、上层控制策略以及下层控制算法进行设计和研究,并通过仿真和实验验证了本文完成工作的有效性。机械机构本体方面,基于人体生物学基础提出两套踝关节柔性外骨骼设计方案。综合考虑施力方式、力臂长度、空间占有率,最终确定第二种纵向施力式外骨骼。该外骨骼采用绳索弹簧传动,通过优化弹簧刚度,使得外骨骼电机输出峰值功率下降了52.8%。在上层控制方面,以判断辅助力矩提供时机为目的,通过对实验数据的研究和观察,识别人体行走过程中的小腿倾角特征值,提出基于IMU的时域控制策略,可提前0.034s判断人体运动状态,且效果好,可替代传统外骨骼脚底压力传感器的功能,减少了由于长时间使用脚底压传感器而导致的人体运动意图误判对使用者造成的伤害。下层控制方面,以稳定、准确、快速地执行上层控制的输出为目的,针对踝关节柔性外骨骼特点,通过设计、仿真基于速度和力矩补偿控制、基于卡尔曼滤波的速度和力矩补偿控制、基于卡尔曼滤波和RBF神经网络的速度和力矩补偿控制,得到最优的下层控制算法。实验方面,本文完成了踝关节柔性外骨骼实验系统的搭建,包括硬件系统和软件系统。为了保证系统安全性,设计了软件限位。通过弹簧刚度优化实验,验证了本文提出的弹簧刚度设计的正确性。通过上层控制实验,验证了基于IMU的时域上层控制步态划分的准确性。通过对下层控制实验,验证了基于卡尔曼滤波和RBF神经网络的速度和力矩补偿控制的控制效果好于其他控制策略,精度可达到0.8Nm。最后通过对踝关节柔性外骨骼的整体性能评价,验证了轻量化柔性驱动外骨骼也可提供较大的辅助力矩,本文设计的踝关节柔性外骨骼质量相比刚性外骨骼显着下降;与现有的踝关节柔性外骨骼设计相比,在提供同样辅助力矩的条件下,质量相比于卡内基梅隆大学设计的Alpha外骨骼降低了22%,相比于麻省理工学院设计的V2外骨骼降低了38.7%。(本文来源于《哈尔滨工业大学》期刊2018-06-01）
万诗龙[8]（2017）在《可穿戴下肢柔性外骨骼助力系统设计》一文中研究指出本文在传统外骨骼研究的基础上,结合气动人工肌肉和柔性穿戴结构,设计了一种可穿戴下肢柔性外骨骼助力装置,并提供了完整的控制系统方案。研究内容主要围绕人体下肢运动学与动力学、气动人工肌肉的结构与特性、下肢柔性外骨骼的结构与分析、控制系统的设计与实验等方面,实现了较为理想的轨迹跟踪与力矩控制效果。该外骨骼的主要特点在于重量轻、功率-质量比大、柔性好,而且穿戴方便,不会产生传统刚性外骨骼给身体造成的不适和负重感,因此特别适用于辅助半残疾人的行走、下肢受伤患者的运动康复等医疗领域;另外,在助老扶残、家用护理等生活服务方面也具有一定的应用价值。本文基于运动测量系统和拉格朗日方程法,获得了有效的关节驱动力矩计算方法。根据McKibben原理改进设计了新型的气动人工肌肉,并介绍其结构原理、制作方法、使用问题,建立其静力学模型以及实验测试其静态性能和动态特性。设计了使用气动人工肌肉驱动的可穿戴下肢柔性外骨骼助力装置,对其进行受力分析、运动建模、参数计算等一系列研究,获得了有效的关节助力力矩计算方法。同时,提供了该外骨骼控制系统的完整解决方案,硬件平台主要包括由气源、电磁阀和气动人工肌肉组成的气压回路,以及由中心控制器和通信传感元件组成的控制电路;软件方面主要包括数据通信、数据采集、PWM(脉宽调制)信号产生和FSPID(模糊自整定PID)控制等下位机程序,以及具有串口数据采集、数据显示保存和高级控制等功能的上位机程序。另外,本文还通过实验研究了可穿戴下肢柔性外骨骼基于位姿数据的轨迹跟踪性能和基于气压数据的力矩控制性能,并通过肌电信号测试其对下肢的助力效果。本论文为实现下肢柔性外骨骼助力系统提供了基础性的解决方案,为进一步的深入研究奠定了理论和实验基础。(本文来源于《东南大学》期刊2017-05-27）
叁川[9]（2017）在《柔性外骨骼带来重新站立的希望》一文中研究指出"我们在做能提供动力的衣服,帮助移动能力受限的病人重新动起来。这些‘衣服’能帮他们抬起脚并且重新行走。这是动力服领域的终极课题。"普通人一定想象不出哈佛工程师Conor Walsh的实验室是什么样子。这里既没有离心机、通风橱,也没有成排的试管——而是挂满了各式各样的衣服。在实验室的一头,站立着一组穿着T恤和运动裤的假人模特。它们背后摆放着一排排的运动衫和跑步鞋。在另一面墙(本文来源于《风流一代》期刊2017年06期）
胡向春[10]（2017）在《柔性外骨骼存在的技术和工程障碍》一文中研究指出美国《国防》杂志2016年10月刊登该杂志高级编辑乔恩·哈珀撰写的《美国防部柔性外骨骼项目取得大踏步进展》一文。该文称,美国陆军研究人员正对国防部高级研究计划局(DARPA)的柔性外骨骼(注:亦可称智能作战服)样品进行评估,外骨骼旨在缓解作战人员的疲劳状态和避免受伤。由DARPA牵头的"勇士织衣"项目致力于大幅降低战场官兵的(本文来源于《防务视点》期刊2017年02期）
柔性外骨骼论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
老年人肌肉动力不足,造成行走能力降低,日常出行不便。柔性外骨骼能主动助力并且具有重量轻、与人体相容性好等优点,适合辅助老年人行走。但现有柔性外骨骼未能实现辅助老年人日常出行,原因包括:现有柔性外骨骼大多数仅针对平地行走进行助力,不适合多行走环境的日常出行;需要在人体绑缚大量绑带,穿戴复杂,老年人难以接受;驱动装置重,不适合老年人日常携带等。如何改进柔性外骨骼的结构设计,研制出轻便高效的驱动装置,并设计适合不同行走环境的助力控制方法,使柔性外骨骼能够应用于多行走环境的日常出行助力,是柔性外骨骼领域亟需解决的问题。本论文来源于国家自然科学基金项目:辅助老年行走的内穿型柔性助力外骨骼。本论文的目标是设计面向老年人日常出行的助力柔性外骨骼系统。论文主要研究工作如下:(1)设计了一款可助力平地行走、上楼及上坡叁种日常行走环境的柔性外骨骼。分析了叁种日常行走环境下人体下肢生物力学参数,基于叁种日常行走环境下踝关节功率的相似性,提出了通过助力踝关节来辅助日常多环境行走的方法。无论是平地行走还是上楼、上坡,踝关节蹬地功在下肢关节总功中占比均较大,特别是平地行走及上坡时,其占比达到40%以上。由于日常行走环境下平地行走及上坡出现几率较大,因此通过助力踝关节来助力日常行走的总收益最高。(2)在穿戴结构及驱动装置的设计上进行了改进,使其适合老年人使用。设计了与鞋集成的踝关节助力柔性外骨骼穿戴结构。穿戴部分完全集成在鞋上,无需在人体上绑缚零部件,降低了穿戴复杂性,老年人更有可能接受。设计了轻量化的便携式柔性外骨骼驱动装置。利用单个电机的正反转同时助力左、右腿运动,减少了所需的电机和控制器数量,驱动装置重量仅为2.45Kg(不含电源),比已知的其他踝关节助力柔性外骨骼都更轻。(3)使用基于力的位置控制方法,控制柔性外骨骼产生所需辅助功率。通过柔性外骨骼的刚度模型可以将柔性外骨骼的目标输出力转换为电机位移,这样就能够将复杂的力控制问题转变为简单的电机位移控制。基于以上研究进行了叁种日常行走环境下的助力效果对比实验,对比3种日常行走环境下柔性外骨骼助力前后小腿肌肉激活度的变化情况。初步的实验结果证明了所设计柔性外骨骼能降低叁种日常行走环境对踝关节肌肉发力的需求。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
柔性外骨骼论文参考文献
[1].孙鑫.穿戴式上肢柔性外骨骼系统研究[D].哈尔滨工业大学.2019
[2].黄冠.面向日常出行的助老柔性外骨骼系统设计[D].哈尔滨工业大学.2019
[3].周伟杰,韩亚丽,朱松青,周一鸣,吴振宇.柔性外骨骼助力机器人发展现状综述[J].南京工程学院学报(自然科学版).2019
[4].石拓.面向上肢康复的柔性外骨骼设计与控制[D].浙江大学.2019
[5].胡定坤.仿“肌”材料越拉越强柔性“外骨骼”问世有望[N].科技日报.2019
[6].刘自文,赵亮,于鹏,杨铁,杨洋.柔性外骨骼手的抓取力控制方法[J].机器人.2019
[7].郑进忠.踝关节柔性外骨骼设计与控制研究[D].哈尔滨工业大学.2018
[8].万诗龙.可穿戴下肢柔性外骨骼助力系统设计[D].东南大学.2017
[9].叁川.柔性外骨骼带来重新站立的希望[J].风流一代.2017
[10].胡向春.柔性外骨骼存在的技术和工程障碍[J].防务视点.2017