协调的人类外骨运动是通过调节虚拟能量而产生的
Rezvan Nasiri1, Hannah Dinovitzer1, Nirosh Manohara1
1Department of Mechanical and Mechatronics Engineering, University of Waterloo, Waterloo, ON, Canada.
虚拟能量调节器 (VER) 能够在下肢外骨中实现自然,协调的运动,与被动步行相比,减少肌肉功耗高达17.7%. 这项技术提高了步行的自然性,并保持了用户参与控制.
科学领域:
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 生物力学 生物力学
- 康复工程 康复工程
背景情况:
- 下肢外骨显示出走路康复的希望,但在人类外骨协调方面存在困难.
- 协调问题,或预期与所需轨迹的不匹配,降低了步行表现,特别是对于残余运动能力的用户.
研究的目的:
- 调查虚拟能量调节器 (VER) 在产生与下肢外骨架协调运动方面的有效性.
- 为了评估步态协调,自然性和肌肉努力减少,使用VER与被动和自然行走相比.
主要方法:
- 在不同速度 (0.6-0.85米/秒) 的九名健康个体上进行了VER的实验.
- 将VER辅助步态与自然和被动 (零扭矩) 步行进行比较,使用肌肉活动,动力学,时空和动力学测量.
- 提交了VER的收证明和用户对步行贡献的指标.
- 将VER与基于阶段的路径控制器进行肌肉努力和关节动力学的比较.
主要成果:
- 与被动行走相比,VER表现出自然,协调的运动,平均肌肉努力减少13.1%-17.7%.
- VER改善了自然步行指标与零扭矩行走相比,增加了膝盖延伸3.9-4.1度.
- 与基于阶段的路径控制器相比,VER实现了13.9%-15.1%的肌肉劳动减轻.
- 一个新的指标显示,结果的运动是用户和VER极限周期的线性组合.
结论:
- 虚拟能量调节器 (VER) 有效地促进下肢外骨的自然和协调的运动.
- VER减少了用户的肌肉劳动力,并增强了步态动力学,保持了自然的变化和用户参与度.
- 这些发现提供了关于中枢神经系统对运动的控制和VER在康复中的潜力的见解.
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