1. 研究目的与意义（文献综述）

外骨骼(exoskeleton)一词源于生物学，指昆虫和甲壳类动物的坚硬外壳。与仿生学密切相关的外骨骼机器人是一种可穿戴的机电一体化系统，它能支撑、保护使用者并为其提供额外动力^[1]。该技术具有潜在的研究价值和广阔的应用前景。比如，在家居领域可协助老人或体弱者行走，在医疗领域可协助残疾人进行康复训练。当然，用于“治疗”的技术往往可以用于“增强”，外骨骼机器人的使用对象还可以是消防员、士兵等。

外骨骼机器人技术涉及的学科领域众多，随着材料学、机电工程学、微电子学、控制理论、信息处理、机械仿生学、医学等相关领域的发展，该技术不断取得进步，但是现阶段仍未能大规模商用化。这是由于外骨骼机器人技术复杂，需要突破的关键技术较多，如机械结构设计的合理性，材料的强韧性和轻便性，驱动的安全性和高效性，控制的实时性和智能性^[2]。若在未来需要实现脑机交互的功能，则还需攻克神经生理学和医学等方面的难题。

在知识密集型经济和全球化浪潮的影响下，外骨骼机器人技术成为新的研究热点，众多潜在的应用需求驱使研究人员去实现安全稳定、轻型灵活、通用性强、智能化、续航时间长的外骨骼机器人。其广阔的应用前景吸引了越来越多的国家参与投资和研发。

2. 研究的基本内容与方案

本毕业设计的主要内容是以stm32f103为微控制器^[5]-[6]，设计外骨骼机器人传感网络节点，并根据modbus rtu协议栈^[10]-[15]编写通信程序，实现主从节点之间的数据交换。本设计需要先了解外骨骼机器人技术的发展状况，分析外骨骼机器人传感系统的网络结构。网络节点之间的通信需要成熟的通信协议，因此有必要了解osi模型和常用的通信协议^[9]。本设计的主要工作有：熟悉基于stm32f103微控制器平台的开发流程；了解压力传感器、加速度计、陀螺仪等数据采集元件的使用方法并设计相应的信号采集电路和信号调理电路；根据modbus rtu协议栈的内容来编写出主站/从站通信测试程序；在设计好的硬件平台上调试、验证和改进设计。

如图1所示，设计的传感网络节点主要包括4个部分。stm32最小系统是整个电路的核心；惯性测量单元包含加速度计和陀螺仪，用于测量三轴角度和加速度；压力传感器测量外骨骼的压力；设置调试接口则为了方便研发阶段的程序调试。当然，为了完善电路功能，可以增加通信的可视化诊断、传感数据显示等功能。利用modbus协议实现与上位机的异步串行通信。

3. 研究计划与安排

第1-2周 查阅文献，搜集相关资料，翻译外文资料，论证方案，撰写开题报告。

第3周 修改并完善开题报告。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 石晓博,郭士杰,李军强, 等.发展中的外骨骼机器人及其关键技术[j].机床与液压,2018,46(21):70-76,140. doi:10.3969/j.issn.1001-3881.2018.21.015.

[2] 张建中, 胡化增, 张广浩, et al. 下肢外骨骼机器人研究现状及发展趋势[j]. 科技创新与应用, 2018(29).

[3] 邓清龙. 下肢外骨骼机器人智能传感系统设计及应用[d].电子科技大学,2017.