IEEE trans:下肢躯体辅助步行时的接触行为监测

2021-10-13 15:04:39 来源:
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近几十年来,双腿成体的发展促使了对其确保稳定性的不可忽视研究。根据个人医护EVA的新ISO确保安全标准(ISO 13482:2014),用以个人医护的EVA和EVA设备,还包括成体,能够人-EVA密切互动和协作。目同一时长,成体的系统和硬件的设计能够重大的进步,以实现最多高度的确保安全;否则,这些成体时会在特别设计载客现实生活当中对蜥脚类产生不利不良影响,甚至引发严重伤害。“ReWalk”成体的确保稳定性和耐受性仍未有已针对脊髓损伤患者完成了评量,并讨论了的设计成体可持续时的确保稳定性和信贷。双腿成体致动器产生的能量通常通过侧向应用程序传输给浏览者。浏览者的成体和其组织二者之间的刚度差异时会导致袖带指甲旋转,并由于腹腔缓冲器和确保安全带顺应性而产生较大的相互作用出力。磨擦对指甲的不良影响以同一时长仍未被研究过,指甲损伤,如脓和出血,与磨擦和粘性高度相关。粘性出力是由指甲表面的磨擦和压出力共同产生的,并减少指甲心肌。必须实质性研究特别设计载客现实生活当中的接触行为,还包括轴向和相互作用出力。

在完成彻底的风险评量时,数据抽取和评量是必不可少的,而人-EVA相互作用的探测对于评量成体的确保稳定性和舒适性高度是有效率的。提出了一个压出力射频阵列来探测相互作用压出力。为了监测特别设计坐立民族运动期间的接触行为,的设计了一个十分相似嵌入式光学旋转和出力射频的通往点袖带两节。通过两个出力射频反之亦然探测抵消在袖;还有的所充份,并通过旋转射频已确定指甲与通往点袖带二者之间的比起旋转位移。为了评量交互粘性出力,开发计划了一种新的确保安全验证原理,应用以双腿成体的坐立民族运动。

通往点袖带两节旨在探测在特别设计步行现实生活当中作用在袖带表面的相互作用出力以及其在指甲表面的旋转。袖带两节由两个向外部件和一个当两端部件组成。2个激光射频(ADNS-9800,Avago Technologies,Singapore)和两个三轴向出力射频(USL06-H5-50N,Tech Gihan Co.,Japan)配备在当两端部件的当中央塔顶上。在完成步行试验中之同一时长,研究了通往点袖带的性能,还包括其样品接触行为的精确性和能出力。使用EVA机械(MH5F,Yaskawa,Japan)在 x-z 平面上在旁边假指甲移动袖带两节。民族运动捕捉控制系统(MAC 3-D 控制系统,Motion Analysis Co., CA USA)。将通往点袖带两节通往到机械的末端执行器上,并将厚度为 15 mm 的垃圾箱指甲覆盖一些紧身衣的旁边织物(厚度:0.35 毫米)。 在完成功能测试之同一时长,将每个记号的初始位置记录为具体来说的初始状态,然后给予每个记号在民族运动现实生活当中与初始状态的比起位移。由于 M3 通往到袖;还有,因此可以获袖带的比起位移。

通往点两节的设计

本试验中当中使用了十分相似四个电机的定制双腿成体。假设特别设计步行是稳定的,步幅时长变化最小。已确定控制算法以代表双腿成体的典型特别设计策略。压出力射频配备在鞋子上,用以样品脚后跟撞击的瞬间。然后获跨步时长,并使用同一时长一个蜥脚类长周期的值来已确定后续蜥脚类收尾的特别设计时长间距。关节扭矩由脊柱和腰椎周围的电机提供。。在每条双腿的坐姿收尾,脊柱处的电机在蜥脚类的 15-45% 的脊柱向上朝著上提供扭矩长周期,而腰椎处的扭矩在蜥脚类长周期的 30-60% 内提供了腰椎向上朝著的扭矩。八名保健女性患者(年龄:24.4±1.2 岁,身材:174.6±2.6 厘米,身材:66.9±4.0 公斤)直接参与了试验中。通往点袖带两节被选择放置在成体直大双腿的后侧。

佩戴成体的试验中的设计

沿z轴向的合成粘性出力分别在蜥脚类长周期的开始和40–50%内达致最大值和最小值。因为在这些时刻,指甲和袖口二者之间几乎未旋转,粘性出力的缩减高亮指甲和腹腔接合的发生,这将在其组织当中引发突出的粘性风险评量并缩减指甲损伤的风险。试验中结果表明,民族运动朝著上的粘性出力的一般来说在蜥脚类长周期的开始临近和 40-50% 内达致峰值。接近开始时,粘性出力集当中在通往点袖带的下向外和当中部,而初期则集当中在上向外和当中部。在蜥脚类长周期的 40-50% 以上,观察到可也就是说的轴向。成体执行器产生的动出力控制系统总是通过EVA袖口和鞋子上的相互作用出力传导到承托下肢。如果在特别设计载客现实生活当中成体和双腿的民族运动仅仅冗余,则只能观察到袖带和指甲二者之间的出力完成能量传导。读取号召收尾(蜥脚类长周期的 0-20%)的出力一般来说相等坐姿收尾的其余部分。在读取号召收尾,一个很大的地面反作用出力反之亦然抵消到成体上,这也通过EVA袖口和鞋子不良影响了承托下肢。电磁袖带压在大双腿上,在负荷号召收尾法向出力缩减。此外,在脚趾离地后摆动收尾的法向出力的一般来说缩减,尽管增量的速率和一般来说在患者二者之间有所不同。此外,当在摆动收尾抬起双腿时,动出力控制系统也意味著在成体和双腿二者之间转移。

总之,本研究所的设计的通往点袖带可以评量在特别设计载客当中的接触行为和接触确保安全。为下一步靴子的设计提供了参照。

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

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