下肢助力外骨骼液压系统设计与仿真开题报告

1. 研究目的与意义

下肢助力外骨骼是一种为军事、救援、助行专门设计开发的一款助力器械。人体外骨骼是机器人学、仿生学、信息理论、通信、控制工程、信号处理等学科记忆相关技术的综合体现。随着机器人学、控制理论、电子技术、机械制造技术及相关领域的发展和技术进步，机器人研究也从早期的工业机器人研究转移到人形机器人、服务机器人、医疗机器人等新型机器人领域。现有的外骨骼依据用途一般分为军用外骨骼、助残外骨骼、康复外骨骼和物流搬运外骨骼几种类型，这些外骨骼虽然用途不同但都有一个共同的特点：在人类运动过程中为人类提供助力，因此都可以称之为助力外骨骼。助力外骨骼是以人为控制主体，机械结构为动力主体，人机高度耦合的复杂力随动系统。其主要作用是在人体运动过程中跟随人体运动，以机械动力提升穿戴者的速度、力量和耐力等运动能力，提高人体运动能效比，扩展人类在了解和改造自然世界的能力。下肢助力外骨骼就是一种能够帮助人们扩展下肢运动能力的助力装置，也是一种供人穿戴的人机一体化智能机械装置，它将人类的智力和机械装置的“体力”结合在一起，靠人的智力来控制机械装置，然后通过机械装置来完成仅靠人的自身能力无法完成或者很难完成的任务。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：

1.液压系统的设计。液压系统与控制系统相联，接收来自计算机的控制信号，这些控制信号用于调控伺服阀的动作，从而保证外骨骼与人体动作协调一致。

2.液压缸的选型设计。液压缸是液压系统中将液压能转换为机械能的执行元件。他结构简单，工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传递间隙，运动平稳。

3. 国内外研究现状（文献综述）

美国加州大学伯克利分校的人体工程实验室于2004年研制出世界上第一台配有移动电源，能够负重的下肢外骨骼机器人。该装置包括两条金属腿、微型计算机、能量控制单元及背包式外架等结构。bleex在结构上采用拟人的设计方式，每条腿部结构在髋关节和踝关节各有3个自由度，膝关节有一个自由度。bleex下肢外骨骼上安装的多个传感器不断地将人的方位和负重信息传给计算机，计算机对此进行实时调整。

图1 伯克利下肢助力机器人

4. 研究方案

该课题研究的外骨骼机器人助力行走时，两条腿的大腿、小腿、脚由两个相同的液压系统控制且均由液压缸伸缩驱动实现行走功能，各个液压缸的活塞移动速度和力反映了与其相对的大腿、小腿、脚的速度和力，因此，需要对各个缸的流量加以控制。针对系统的工作要求，设计了以下方案：

方案一液压原理图如图6所示：

1.电机 2.齿轮泵 3.油箱 4.压力表 5.安全阀 6.超磁致伺服阀1 7.电磁换向阀1 8.直线缸19.直线缸2 10.电磁换向阀2 11.超磁致伺服阀2 12.直线缸3 13.电磁换向阀314.超磁致伺服阀3 15.冷却器16.滤油器

5. 工作计划

2023.1.2-2023.1.15完成英文翻译。译文封面用标准模板。查阅文献，资料，撰写开题报告，开题报告封面用标准模板。

2023.1.16-2023.2.5指导老师审核译文和开题报告。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至“毕业设计管理系统”。开题报告经指导老师批阅合格并确认后，上传至“毕业设计管理系统”。2023.2.6-2023.3.19按照开题报告的设计方案。完成下肢助力外骨骼液压系统的方案设计并完成毕设的计算。完成下肢助力外骨骼液压系统的总成装配草图，完成下肢助力外骨骼液压系统的总成装配图。利用软件进行对液压系统的仿真。

2023.3.20-2023.3.26 在“毕业设计管理系统”上完成“中期检查报告”的填写，指导老师完成中期任务的审核。