对增强性关节外骨架的控制器及其对行走代谢成本的影响的评估:明确与隐性同步:明确与隐性同步

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 机器人技术 机器人技术 机器人技术
• 人与计算机的交互

背景情况:

• 外骨架的有效步行辅助依赖于有效的控制策略.
• 外骨控制方法的直接比较是具有挑战性的,因为各种协议和设备.
• 这项研究比较了两种不同的关节外骨控制器:简单的反射控制器 (SRC) 和基于关节的扭矩配置控制器 (HPT).

研究的目的:

• 介绍和比较两种新的控制策略,用于关节外骨与不同的同步范式.
• 评估这些控制器对健康个体行走的代谢成本的影响.
• 分析两个控制器之间的机械功率,关节动力学和步行节奏的差异.

主要方法:

• 开发了两个控制器:SRC (基于脚负荷的隐式同步) 和HPT (基于部角度的显式同步).
• 23名健康参与者在跑步机上以每小时4公里的速度行走,同时使用控制器和被动模式.
• 测量了新陈代谢速率,关节动力学,步行节奏和机械功率.

主要成果:

• 与被动外骨行走相比,SRC和HPT都显著降低了新陈代谢率 (分别为18.0%和11.6%).
• 与无助行走相比,只有SRC显示出显著的代谢减少 (8.8%).
• SRC提供了更多的机械功率,更显著地改变了部动力学和节奏,并与个人代谢节约有很强的相关性.

结论:

• 隐式同步的SRC,随着其延长的辅助持续时间,比显式同步的HPT实现了更大的代谢减少.
• 对外骨架辅助的个体反应有所不同,这表明需要个性化控制策略.
• 需要进一步的研究来确定影响外骨辅助有效性的个人特异性因素.