适用于膝盖阻尼器外骨架的辅助可穿戴设备的设计优化平台

科学领域:

• 生物力学和机器人技术
• 辅助设备设计 辅助设备设计
• 计算建模 计算建模

背景情况:

• 设计最佳的辅助可穿戴设备是具有挑战性的,因为复杂的,高维的设计空间.
• 传统的方法,如人类在循环中的优化,与不断增加的设计参数作斗争.
• 预测模拟提供了一个强大的,数据独立的方法来预测设备效应.

研究的目的:

• 引入一个设计优化平台,利用辅助可穿戴设备的预测运动模拟.
• 在可穿戴设备优化中解决高维设计空间的挑战.
• 确定膝关节外骨架的最佳参数,以协助平地和下坡步行.

主要方法:

• 一个双层优化框架:内循环用于预测运动模拟,外循环用于参数优化.
• 在没有实验数据的情况下,利用预测模拟来建模人类运动和设备交互.
• 应用了框架来设计一个带有阻尼机制的膝关节外骨架.

主要成果:

• 在平坦地面和下坡行走中实现了正常化的膝盖负荷峰值的显著降低.
• 证明了运输总体成本的下降.
• 确定了在静止阶段应用的最佳减压扭矩,对于不同步态的不同系数.

结论:

• 拟议的优化平台可靠,高效地确定了可穿戴设备的最佳参数.
• 该框架有效地处理高维设计空间,为初始设备设计提供有价值的见解.
• 支持设计人员高效地确定增强辅助技术的最佳参数集.