外骨格補助歩行における股関節,膝,足首の関節の力:人間とロボットの相互作用をシミュレートするためのアプローチの比較
Gabriela B De Carvalho1, Vishnu D Chandran2, Ann M Spungen3,4
1Department of Biomedical Engineering, New Jersey Institute of Technology, Newark, New Jersey, United States of America.
PloS one
|August 29, 2025
まとめ
この研究では,外骨格補助歩行 (EAW) 中の関節力を定量化するための計算フレームワークを開発しました. このフレームワークは,骨の骨折リスクの評価に役立つ力を正確に推定します.
科学分野:
- バイオメカニクス
- ロボット
- 整形外科
背景:
- 下肢の外骨は歩行を助けますが,関節の負荷を変化させることができます.
- 骨の健康と骨折リスクの評価には 関節力の量化が不可欠です
- 外骨格補助歩行 (EAW) 中の力の定量化のための既存の方法は,限界があるかもしれません.
研究 の 目的:
- ReWalk P6.0エクソスケルトンを用いて,EAW中にヒップ,膝,足首の関節力を定量化するためのコンピューティングフレームワークを開発し,検証する.
- 無助歩行中の関節力を,既存の文献データと比較する.
- 人とロボットの相互作用に関する4つの異なるシミュレーションアプローチを評価する.
主な方法:
- 対象に特化した仮想シミュレータがOpenSimで作成されました.
- OpenSim Mocoは,股関節,膝,足首の関節反応力を計算するために使用されました.
- 三次元運動,地面反応力,電気ミオグラフィ,外骨格エンコーダーのデータが収集されました.
主要な成果:
- 無助歩行中の計算された関節力は,既存の体内およびシミュレーションデータと比較可能でした.
- 歩行支援なしでのピーク圧縮力は,関節全体で3. 10から5. 83の体重 (BW) であった.
- EAWの4つのシミュレーションアプローチは,2.82-5.83BWのピーク圧縮力を得ました.
結論:
- 開発されたコンピューティング・フレームワークは,EAW中の共同負荷を定量化するための低リスクで費用対効果の高い方法を提供します.
- この枠組みは,重度の下肢骨喪失を有する個体における長い骨の負荷と骨折リスクを評価するのに役立ちます.
- この研究は,外骨格の使用中の人間とロボットの相互作用のバイオメカニズムに関する貴重な洞察を提供します.
