一个数据驱动和个性化的姿势对称控制器用于机器人脚脚假肢:初步调查

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
• 步态生物力学 步态生物力学

背景情况:

• 单侧横截肢切断通常会导致不对称的步态,这是由于当前假肢脚功能受到限制.
• 这种不对称性会导致补偿运动,增加肌肉骨功能障碍的风险,如完整四肢的骨关节炎.
• 现有的动力假肢依赖于通用的数据和广泛的专家调整,无法适应个人的步态模式.

研究的目的:

• 开发和评估机器人脚脚假肢的个性化,数据驱动的控制策略.
• 为了增强步态对称性和减少跨肢截肢患者的补偿行为.
• 通过适应用户独特的步行模式来提高动力假肢的功能性能.

主要方法:

• 一个新的控制器被设计使用虚拟设置点轨迹在阻抗灵感框架内调整假肢动态.
• 使用单个大腿运动传感器实现了实时步行阶段估计.
• 一个数据驱动的代学习策略优化了虚拟设定点轨迹,以改善脚角对称性.

主要成果:

• 与被动条件相比,对两名经过腿截肢的参与者进行的实验评估表明,脚角对称度增加了24.4%.
• 对称性控制器显著增加了在推出时假肢脚峰值功率输出 (0.52 W/kg).
• 骨关节炎的生物机械风险因素,特别是完整四肢的膝盖和部绑架时刻,显著减少.

结论:

• 个性化,数据驱动的对称性控制器为机器人脚脚假肢提供了显著的好处.
• 这种方法增强了步态对称性,改善了假肢功能,并减轻了二次肌肉骨损伤.
• 开发的控制策略代表了截肢者的假肢技术的有希望的进步.