脚外骨架在不规则地形上的性能:关键设计原则和基准测试

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 康复工程 康复工程 康复工程
• 机器人技术 机器人技术 机器人技术

背景情况:

• 外骨架对于帮助身体障碍和康复至关重要.
• 机械设计极大地影响了用户的动力学和肢体运动.
• 脚外骨需要精心设计,以平衡辅助与自然运动.

研究的目的:

• 介绍两个新型脚外骨的机械设计:S-RANK (单个DoF) 和M-RANK (多个DoF).
• 评估这些外骨设计对下肢动力学和不同地形的健康个体的步态对称性的影响.
• 为了比较单个和多个DoF脚外骨架原型之间的运动效应和步态对称性改变.

主要方法:

• 设计了两个脚外骨架原型 (S-RANK和M-RANK),具有不同的自由度 (DoF) 和扭矩传输.
• 健康的受试者在右腿上戴着外骨架,并在五个不同的地形上行走.
• 人类下肢动力学记录使用惯性测量单位 (IMU),分析趋势对称性 (TS),并使用统计参数映射 (SPM) 进行比较.

主要成果:

• 无论是S-RANK还是M-RANK都显著影响了关节动力学和步态对称.
• S-RANK在脚的整体差异 (OD) 较高,特别是在较软的表面上,并且在平坦的地形上走路对称性恶化.
• 在平坦和柔软的地形上,M-RANK对脚运动的影响较小,但在膝盖和部增加了OD.

结论:

• 外骨的机械设计显著影响用户动力学和步态对称性.
• S-RANK 提供了较少近接关节冲击的稳定性,而M-RANK 提供了更好的适应性和自然步行维护,因为其增加了DoF.
• 外骨架设计的选择 (DoF和传输) 对于优化康复和援助结果至关重要.