IEEE trans:下肢外骨骼辅助步行时的接触蓄意监测

2021-11-29 03:08:30 来源:
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近几十年来,脚部躯体的演进促使了对其可用性的重要研究成果。根据个人护理EVA的新ISO安全国际标准(ISO 13482:2014),用于个人护理的EVA和EVA仪器,除此以外躯体,需要人-EVA的关系互动和协同工作。目在此之前,躯体伺服和硬件内部设计需要重大的进步,以实现最高水平的安全;否则,这些躯体时会在常规负重现实生活里对蜥脚类导致严峻制约,甚至造成严重妨碍。“ReWalk”躯体的可用性和耐受性不太可能已针对脊髓妨碍患者完成了评核,并讨论了内部设计躯体生命周期时的可用性和危险性管理。脚部躯体致动器导致的能量通常通过刚性接口传输给用到者。用到者的躯体和的组织二者之间的刚度差异时会导致袖带皮肤上向上,并由于软的组织压缩和挡风玻璃顺应性而导致较大的交互作用气力。磨擦对皮肤上的制约以在此之前已经被研究成果过,皮肤上妨碍,如水疱和溃疡,与磨擦和拉伸高度相关。拉伸气力是由皮肤上微小的磨擦和心理压气力共同导致的,并减少皮肤上血流量。必须进一步研究成果常规负重现实生活里的触及举动,除此以外纵向和交互作用气力。

在完成彻底的危险性评核时,数据库抽取和评核是不可缺少的,而人-EVA交互作用的计算对于评核躯体的可用性和舒适性水平是有用的。提出了一个心理压气力可调阵列来计算交互作用心理压气力。为了受控常规坐立民族运动期间的触及举动,内部设计了一个含有低功耗光学向上和气力可调的一个大袖带模组。通过两个气力可调直接计算施加在袖带上的所有气力,并通过向上可调相符皮肤上与一个大袖带二者之间的相比向上分量。为了评核交互拉伸气力,开发了一种新的安全验证方法,应用于脚部躯体的坐立民族运动。

一个大袖带模组借此计算在常规步行现实生活里作用在袖带微小的交互作用气力以及其在皮肤上微小的向上。袖带模组由两个边缘缓冲器和一个里间缓冲器组成。2个激光可调(ADNS-9800,Avago Technologies,Singapore)和两个三中轴气力可调(USL06-H5-50N,Tech Gihan Co.,Japan)装上在里间缓冲器的里央底座上。在完成步行试验中之在此之前,研究成果了一个大袖带的性能,除此以外其检测触及举动的真实性和能气力。用到EVA机械手(MH5F,Yaskawa,Japan)在 x-z 平面上在一块假皮肤上上移动袖带模组。民族运动猎杀系统设计(MAC 3-D 系统设计,Motion Analysis Co., CA USA)。将一个大袖带模组连接到机械手的末端执行器上,并将截面积为 15 mm 的假肤上隔开一些短裙的一块织物(截面积:0.35 毫米)。 在完成功能测试之在此之前,将每个标有的初始后方记录为相应的也就是说,然后利用每个标有在民族运动现实生活里与也就是说的相比分量。由于 M3 连接到袖带上,因此可以获得袖带的相比分量。

一个大模组内部设计

本试验中里用到了含有四个机械仪器的定制脚部躯体。假设常规步行是牢固的,步幅时间叠加最小。相符控制算法以均是由脚部躯体的典型常规策略。心理压气力可调装上在袜子上,用于检测脚后跟爆炸的瞬间。然后获得跨步时间,并用到在此之前一个蜥脚类周期的值来相符原先蜥脚类过渡期的常规时间时间延迟。膝关节角速度由腰椎和手肘周围的机械仪器利用。。在每条腿部的躺卧过渡期,腰椎一处的机械仪器在蜥脚类的 15-45% 的腰椎伸展顺时针上利用角速度周期,而手肘一处的角速度在蜥脚类周期的 30-60% 内利用了手肘屈曲顺时针的角速度。八名肥胖男性受测者(年龄:24.4±1.2 岁,身高:174.6±2.6 厘米,体重:66.9±4.0 公斤)参加了试验中。一个大袖带模组被选择放置在躯体右边脚踝部的后侧。

佩戴躯体的试验中内部设计

沿z中轴的合成拉伸气力分别在蜥脚类周期的开始和40–50%内超越零点和最小值。因为在这些时刻,皮肤上和马甲二者之间基本上未向上,拉伸气力的缩减指引皮肤上和软的组织变形的发生,这将在的组织里引起显著的拉伸应变并缩减皮肤上妨碍的危险性。试验中结果表明,民族运动顺时针上的拉伸气力的尺寸在蜥脚类周期的开始附近和 40-50% 内超越峰值。相近开始时,拉伸气力集里在一个大袖带的下边缘和里部,而初则集里在上边缘和里部。在蜥脚类周期的 40-50% 以上,观察到可忽略不计的纵向。躯体执行器导致的动气力总是通过EVA马甲和袜子上的交互作用气力传递到中空下肢。如果在常规负重现实生活里躯体和脚部的民族运动完全匹配,则只能观察到袖带和皮肤上二者之间的气力完成能量传递。载入响应过渡期(蜥脚类周期的 0-20%)的气力尺寸远大于躺卧过渡期的大体上。在载入响应过渡期,一个较大的地面反作用气力直接施加到躯体上,这也通过EVA马甲和袜子制约了中空下肢。感应袖带压在脚踝部上,在损耗响应过渡期法向气力缩减。此外,在臀部正上方后摆动过渡期的法向气力的尺寸缩减,尽管增量的振幅和尺寸在受测者二者之间有所不同。此外,当在摆动过渡期抬起腿部时,动气力也似乎在躯体和脚部二者之间转移。

总之,本研究成果所内部设计的一个大袖带可以评核在常规负重里的触及举动和触及安全。为下一步自己设计内部设计利用了参考。

X. Wan, Y. Liu, Y. Akiyama and Y. Yamada, "Monitoring Contact Behior During Assisted Walking With a Lower Limb Exoskeleton," in IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering

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