为患有单侧脑的儿童设计和控制具有重力补偿的单腿外骨

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 康复机器人 康复机器人
• 儿科辅助技术的使用

背景情况:

• 患有脑 (CP) 的儿童在移动和独立方面面临挑战,这会影响他们的生活质量.
• 下肢外骨架 (LLEs) 显示出改善CP儿童行走的潜力,但现有的原型很少.
• 没有专门为患有CP的儿童开发的单腿外骨 (SLE).

研究的目的:

• 设计和开发第一个可调大小的单腿外骨架 (SLE),用于患有脑的儿童.
• 针对8-12岁的儿童,通过总运动功能分类系统 (GMFCS) 的I-IV级别.
• 通过实施重力补偿控制器来解决CP患者的代谢成本增加的问题.

主要方法:

• 设计了一个可调大小的SLE,具有活跃的部,膝盖和脚关节,由无刷直流电机和波传动轮驱动.
• 开发了一种基于模型的重力补偿器阻抗控制器,以减少代谢负担.
• 在SimscapeTM和Simulink®中使用欧勒-拉格朗奇公式和Denavit-Hartenberg规则推导和验证了用户-外骨架交互的动态模型.

主要成果:

• 为动态建模开发了一种新的系统简化方法.
• 动态模型被高精度验证.
• 模拟表明,受控的SLE能够提高步行功能和准确度,以遵循目标轨迹.

结论:

• 设计的可调节的SLE是一个新的辅助设备,用于儿童的CP.
• 重力补偿控制器有效地解决了代谢成本问题.
• 在SLE显示显著的潜力,以提高步行能力和独立性在患有CP的儿童.