模拟驱动的外骨控制:预测软气动凝肌肉执行器的帮助,以减少不同步行速度的代谢成本

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
• 人与计算机的交互

背景情况:

• 可穿戴外骨架为运动障碍提供解决方案.
• 气动凝肌肉执行器 (PGM) 由于其功率与重量比和合规性而具有前景.
• 对于PGM辅助运动的最佳策略仍未得到充分探索.

研究的目的:

• 通过使用PGMs来建模关节辅助.
• 预测最佳的辅助策略,以减少行走期间的代谢成本.
• 评估PGM驱动外骨的控制模式和执行器位置.

主要方法:

• 用肌肉骨模拟来预测最佳的辅助策略.
• 一个双层优化框架确定了最佳控制参数 (硬度,发病,持续时间).
• 分析了两个控制模式 (合,独立) 和三个执行器位置 (中间,中立,侧面).

主要成果:

• 通过PGM的帮助,代谢成本降低了5.3-16.0% (合) 和10.5-17.5% (独立) 的速度.
• 中间位置与合控制提供了简单性和低速节省的平衡.
• 中性放置通常在步行速度之间产生了最大的代谢节约.

结论:

• 通过PGM辅助的外骨显示出在行走过程中降低代谢成本的巨大潜力.
• 最佳的控制参数和执行器位置对于有效的外骨架辅助至关重要.
• 这些发现可以指导未来的实验研究和外骨控制开发,以提高移动性.