1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 研究目的及意义

研究表明，我国肢体残疾基数数量庞大，且人数处于递增趋势，肢体残疾主要由骨关节病、脊髓损伤和脑血管疾病造成，其中60岁以上的老年人55%患有该病。肢体残疾的庞大基数以及我国的人口老龄化趋势，造成了肢体残疾群体的比重增加，使得我国康复装备供应和康复临床的需求存在巨大缺口，传统的人工或简单的医疗设备已经不能满足患者的康复需求，因此康复与辅助机器人的诞生在很大程度上缓解了这一严峻的现状。近年来，随着人们对机器人研究的深入，越来越多的机器人在我们的日常生活中发挥着重要的作用，其中较为典型的是康复医疗机器人。在这类机器人的辅助下，一方面，康复训练的效率有了极大的提高，训练所耗时间可根据患者的需求来设定，另一方面，将传感作为技术支持，患者的康复训练效果能够实时反馈并及时得到改进。因此，对康复机器人进行更加深入的研究和广泛的应用能够解决康复医疗资源紧张和人工训练中存在的问题，进而更好地促进患者机体受损后的康复训练。在康复训练中，为了保证患者得到有效的恢复，机器人的柔顺性和安全性显得格外重要。气动肌肉作为一种仿生柔性驱动器，有着和人的肌肉相似的驱动特性，它柔顺性好、安全度高、质量轻、输出力/自重比大、功率/体积比大和价格低。气动肌肉表现出的这些特性优于电机、液压缸以及气缸，因此，被广泛应用于机器人驱动方面，尤其是驱动与人体直接接触交互的机器人。

气动肌肉由内部橡胶管和包裹在其外面的几乎不可伸长的菱形编织网组成，两端有封装和固定装置。气动肌肉的结构看似简单，实际上它的内部机理非常复杂，由于气动肌肉的柔性橡胶材质、编织网的摩擦力、端部非规则的几何结构以及压缩空气的非线性，气动肌肉的建模十分复杂，而且建模时还要考虑环境摩擦力和它自身的非弹性形变的影响，导致它的精确模型很难建立。气动肌肉的建模方法主要有基于能量守恒的建模，基于实验拟合的建模和基于有限元分析的建模。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容

本文主要研究变负载条件下的单根气动肌肉动态建模及其轨迹跟踪控制，即在限定的变负载环境下，得到单根气动肌肉的动态模型，并在此基础上进行跟踪控制。主要完成的研究内容有：

1)深入研究人工气动肌肉的物理结构特性及其运动过程中的非线性、时变性、迟滞性等动态响应特性，设计并建立含变负载误差补偿项的气动肌肉的理论动态模型，该模型能够反映气动肌肉在变负载条件下的实际运动过程中的变化特性，设计适用于气动肌肉驱动装置的运动控制系统，从而实现驱动器的轨迹追踪控制；

3. 研究计划与安排

第1－3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4－5周：熟悉掌握基本理论，完成英文资料的翻译，熟悉开发环境。

第6－9周：编程实现各算法，并进行仿真调试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 谢胜龙，刘海涛，等. 基于高速开关阀的气动人工肌肉轨迹跟踪控制仿真[j].农业机械学报,2017,48(1).

[2] 杨钢. 气动人工肌肉位置伺服系统研究及其应用[d]. 武汉：华中科技大学，2004.

[3] 隋立明, 包钢, 王祖温. 气动人工肌肉改进模型研究[j]. 液压气动与密封, 2002(2): 1-4.