以生物力学为基础的机械设计以舒适为中心的便携式部外骨架:执行器,可穿戴接口,控制器

科学领域:

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背景情况:

• 外骨架可以增强移动性,但由于用户的不适而面临采用障碍.
• 现有的设计往往忽视了可穿戴界面在用户体验和性能中的关键作用.

研究的目的:

• 为便携式关节外骨架提供以舒适为中心的机电电子设计.
• 调查执行,可穿戴界面和控制策略对用户舒适性和性能的影响.
• 量化接触力,摇摆和代谢成本的改善.

主要方法:

• 开发了一种分析多体模型,用于预测步行过程中人类外骨接触力.
• 设计并实施了一种新的可穿戴界面,专注于尽量减少不适.
• 实验了基于步态和基于强化学习的控制器.
• 使用客观指标 (接触力,摇摆,代谢率) 和主观指标 (系统可用性尺度) 评估性能.

主要成果:

• 与传统配置相比,设计的可穿戴接口显著减少了高达60%的不必要接触力和74%的外骨摇.
• 与没有外骨的情况相比,实现了18%的净代谢成本降低.
• 可穿戴界面的物理设计比控制器类型对降低新陈代谢率和摇摆的影响更大.

结论:

• 一个以舒适为中心的机电学设计,特别是可穿戴界面,对于有效采用部外骨架至关重要.
• 这种设计方法提高了用户的舒适性,减少了身体的压力,并改善了整体的移动性辅助.
• 未来的外骨开发应该优先考虑以人为中心的设计原则,以获得最佳的性能和用户接受.