含外部扰动的脚踝康复机器人控制方法研究开题报告

 2022-01-11 19:27:17

全文总字数:4370字

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1 研究目的及意义

根据联合国最新标准,65岁以上人口达到7%,即视为“老龄化社会”,14%为“高龄社会”,21%为“超高龄社会”。2017年4月,渣打银行的研究报告预计中国将经历25年的时间从老龄化社会过渡到到高龄社会,同样的转变,英国需用45年,美国需用69年,法国需用115年。并且,中国将于2035年进入超高龄社会。整体上看,进入新世纪以来,特别是党的十八大以来,党中央、国务院高度重视老龄工作,把积极应对人口老龄化纳入国家战略,采取了一系列发展老龄事业的政策举措,地方各级党委政府积极作为,社会各界广泛支持,老龄工作和老龄事业取得重大成就,老年人的生活状况得到显著改善。但是《第四次中国城乡老年人生活状况抽样调查》也显示,由于各方面的原因,当代老年人依然面临诸多问题,主要是收入水平总体不高,失能问题日益突出,宜居建设相对滞后,全民对老年期生活准备不足,等等。截至2016年,我国失能、半失能老年人有4063万人,占老年人口18.3%。我国目前大于60岁的人口有2亿多,许多老人都面临中风和其他各种疾患的困扰,而康复治疗是极其重要的内容。

然而,我国现有7000余家康复医疗机构,能提供康复训练的仅占不到1/3。2014年数据显示,中国已有2000多万肢体残疾患者,而其中只有相当一小部分(约30多万人)能得到肢体康复训练,而康复训练的效果也不甚相同。另外康复设备供应与临床需求之间也存在着巨大缺口。康复科室属于综合性很强的科室,医生们对高端医疗设备及技术普遍有着急迫的需求。其中包括中风患者的康复、脊髓损伤的康复以及神经损伤的康复等。心脑血管、肿瘤、肢体骨折等住院患者中,大量患者需要康复治疗,而目前国内这些部分的工作还非常欠缺。近年来,因为用于人工康复的资源稀缺且成本上升,医疗康复已成为需要迅速解决的社会问题。机器人技术在康复医学领域的应用对于提高康复效率,保证康复质量,减轻工人的劳动强度具有重要意义。同时工业4.0和中国制造2025的发展,对机器人各方面的性能(智能化、创新性、安全性等)提出了更高的要求。目前,医疗康复设备多采用电机驱动,所以机器人的柔顺性和安全性差,不适合与人直接接触,在与人交互操作时有可能对人造成伤害。随着仿生学和材料科技的不断发展,研究人员找到了气动肌肉,为康复机器人驱动器的选择给出了可行的方案。但是,目前以气动肌肉作为驱动器的康复机器人在建模和控制方面的研究仍旧存在诸多不足。在脚踝康复应用中患者与脚踝康复机器人直接接触,患肢容易产生随机异动或者肌肉痉挛等现象,这将导致气动肌肉负载和外部扰动的快速变化,从而对气动肌肉的建模和控制提出了新的要求和挑战。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

本课题主要完成的研究内容有:

(1)查阅文献理解脚踝康复机器人在运动过程中的扰动作用,讨论系统输出误差与测量扰动之间的关系,并分析测量扰动的存在对控制系统的所产生的影响;

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3. 研究计划与安排

第1-4周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需理论基础。确定方案,完成开题报告。

第5-6周:熟悉掌握基本理论,完成英文资料的翻译。

第7-9周:完成控制方案的设计与仿真,设计相关实验方案。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] bu x, hou z, yu f, et al. model free adaptive control with disturbance observer.[j]. control engineering and applied informatics, 2012, 14(4):42-49.

[2] bu x, hou z, zhang h. data-driven multiagent systems consensus tracking using model free adaptive control.[j]. ieee transactions on neural networks and learning system, 2018, 29(5).

[3] chen w, yang j, guo l, et al. disturbance-observer-based control and related methods—

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