完全被动,完全活跃和主动-被动上肢外骨架效率的实验研究:对举重任务的评估
Ali Nasr1, Clark R Dickerson2, John McPhee1
1Department of Systems Design Engineering, University of Waterloo, Waterloo, ON N2L 3G1, Canada.
Sensors (Basel, Switzerland)
|January 11, 2024
概括
一个新的主动-被动 (AP) 肩部外骨架显著降低了重型举重任务期间工人的疲劳. 这种创新的可穿戴设备允许参与者举重的时间几乎是完全被动 (FP) 或完全主动 (FA) 模式的两倍.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 人与机器人的交互
- 工业人体工程学 工业人体工程学
背景情况:
- 机器人外骨越来越多地用于支持工业工人,减轻身体压力.
- 外骨动力系统从完全被动 (FP) 到完全主动 (FA) 不同,混合动力主动-被动 (AP) 设计正在出现.
研究的目的:
- 评估一种新型主动-被动 (AP) 肩部外骨架在工业举重任务中的有效性.
- 为了比较AP外骨与完全被动 (FP) 和完全主动 (FA) 模式的性能.
主要方法:
- 利用了从表面电肌图 (sEMG) 和动力学数据中获得的11个定量指标的统计分析.
- 进行了用户调查,以收集主观反关于舒适性和性能.
- 在FP,FA和AP外骨模式中对男性和女性参与者进行重型提升任务的评估性能.
主要成果:
- 与FP和FA模式相比,积极-被动 (AP) 肩部外骨表现出优异的性能.
- 使用AP外骨的参与者可以在经历疲劳之前维持加重物体的约两倍时间.
- 来自sEMG和动力学的定量数据,以及用户反,支持了AP设计的提高效率.
结论:
- 积极-被动的肩部外骨架在减少劳动者在苛刻任务中的疲劳方面提供了显著的好处.
- 未来的研究应该专注于开发性别特定的控制算法,并改进可穿戴设备的适应性,特别是针对女性用户.
- 为各种用户群体优化外骨设计对于工业环境中广泛采用和有效性至关重要.
