通过生物灵感的步态控制器赋予人类类似步行的权力,用于低功率扭矩驱动的人类模型
Samane Amini1, Iman Kardan1, Ajay Seth2
1Center of Advance Rehabilitation and Robotic Research (FUM-CARE), Mechanical Engineering Department Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
Bioinspiration & biomimetics
|February 5, 2025
概括
这项研究为人类骨模型引入了一种生物启发的步态控制器,使得稳定的行走模拟能够减少能源消耗. 控制器有效地管理平衡,并从干扰中恢复,增强现实的运动分析.
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
- 计算建模计算建模
背景情况:
- 精确的人类步行模拟对于理解运动,伤害诊断和开发康复技术至关重要.
- 在OpenSim中,扭矩驱动的人类骨模型提供了解剖学准确性,但在前进动态模拟中难以稳定未加时的自由度,如骨盆倾斜.
研究的目的:
- 开发和评估生物启发的步态控制器用于扭矩驱动的人类骨模型,以实现稳定和节能步行.
- 为了应对在前向动态模拟中稳定未加时的自由度的挑战.
主要方法:
- 使用基于非线性模型的方法来计算平衡等效控制扭矩.
- 关节策略在立场阶段将这种扭矩分配到下肢关节.
- 一个MATLAB-OpenSim接口促进了前向动态模拟,以优化控制器参数和评估稳定性.
主要成果:
- 扭矩驱动模型实现了自然步行,联合扭矩与实验数据密切匹配.
- 生物灵感控制器表现出对外部力量的稳定性,显示出高效的平衡恢复.
- 模拟证实了稳定的步行和尽量减少能源消耗.
结论:
- 拟议的生物灵感步态控制器有效地使扭矩驱动的人类骨模型中能够稳定行走.
- 这种方法增强了步态模拟的现实性,并且在康复和辅助技术开发中具有潜在的应用.
- 控制器对外部干扰的稳定性突出显示了其在现实运动分析中的实际应用性.
