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IEEE trans:下肢外骨骼借助于步行时的接触行为监测

2021-10-13 17:13:32 来源:
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近几十年来,双腿水栖的其发展日后了对其人身相容性的重要分析。根据应有护理人员机器的新ISO人身安全规格(ISO 13482:2014),用于应有护理人员的机器和机器设备,包含水栖,需要人-机器密切交友和协作。目前,水栖控制器和应用程序设计者需要重大的的发展,以借助略低于水平的人身安全;否则,这些水栖则会在主要用途行驶反复之前对姿态诱发岌岌可危受到影响,甚至引发严重伤及。“ReWalk”水栖的人身相容性和耐受性已经有已针对脊髓受损患者开展了评估,并发表意见了设计者水栖生命长周期时的人身相容性和风险管理。双腿水栖致动器诱发的能量通常通过刚性硬件传输给用于者。用于者的水栖和的组织两者之间的刚度差异则会导致襟随身携带肌肤滑动,并由于软的组织轧缩和人身安全随身携带顺应性而诱发较大的粒子气力。震荡对肌肤的受到影响以前已经被分析过,肌肤受损,如水疱和溃疡,与震荡和聚合高度关的。聚合气力是由肌肤内层的震荡和轧气力共同诱发的,并提高肌肤血流量。才会进一步分析主要用途行驶反复之前的碰触暴力行为,包含轴向和粒子气力。

在开展完全的系统性时,数据得来和评估是重要环节的,而人-机器粒子的观测对于评估水栖的人身相容性和舒适性水平是有益的。提出了一个轧气力电子器件感测器来观测粒子轧气力。为了监测主要用途坐立群众运动期间的碰触暴力行为,设计者了一个区别于嵌入式光学滑动和气力电子器件的电子器件襟随身携带一组。通过两个气力电子器件同样观测间接地在襟随身携拿着的所有气力,并通过滑动电子器件考虑到肌肤与电子器件襟随身携带两者之间的相对于滑动轴向。为了评估交互聚合气力,研发了一种新的人身安全检验新方法,用到双腿水栖的坐立群众运动。

电子器件襟随身携带一组旨在观测在主要用途过桥反复之前作用在襟随身携带内层的粒子气力以及其在肌肤内层的滑动。襟随身携带一组由两个边缘框架和一个正之前间框架组成。2个激光电子器件(ADNS-9800,Avago Technologies,Singapore)和两个三轴气力电子器件(USL06-H5-50N,Tech Gihan Co.,Japan)装上在正之前间框架的之前央底座上。在开展过桥实验室之前,分析了电子器件襟随身携带的精度,包含其侦测碰触暴力行为的可靠性和能气力。用于机器观测仪器(MH5F,Yaskawa,Japan)在 x-z 平面上在木头假肌肤上移动襟随身携带一组。群众运动捕捉系统则会(MAC 3-D 系统则会,Motion Analysis Co., CA USA)。将电子器件襟随身携带一组相连到观测仪器的尾端执行器上,并将厚度为 15 mm 的假人肌肤上构成一些紧身衣的木头皮革(厚度:0.35 毫米)。 在开展功能测试之前,将每个标上的初始右边边记录为相应的初始状态,然后获取每个标上在群众运动反复之前与初始状态的相对于轴向。由于 M3 相连到襟随身携拿着,因此可以得到襟随身携带的相对于轴向。

电子器件一组设计者

本实验室之前用于了区别于四个机械工程的自带双腿水栖。假设主要用途过桥是稳定的,步幅时间段变化很小。考虑到控制算法以都有双腿水栖的典型主要用途策略。轧气力电子器件装上在鞋子上,用于侦测脚后跟撞击的仿佛。然后得到跨步时间段,并用于前一个姿态长周期的值来考虑到紧接著姿态阶段性的主要用途时间段间隔。腿部力矩由髋腿部和手肘四周的机械工程提供。。在每条腿的肩膀阶段性,髋腿部所在位置的机械工程在姿态的 15-45% 的髋腿部伸展方向上提供力矩长周期,而手肘所在位置的力矩在姿态长周期的 30-60% 内提供了手肘屈曲方向的力矩。八名健康男性受测者(年龄:24.4±1.2 岁,身高:174.6±2.6 厘米,体重:66.9±4.0 公斤)参加了实验室。电子器件襟随身携带一组被选择放置在水栖右边大腿的后侧。

穿着水栖的实验室设计者

沿z轴的化学合成聚合气力分别在姿态长周期的开始和40–50%内远超最大值和很小值。因为在这些时刻,肌肤和襟口两者之间大部分没有滑动,聚合气力的增加上会肌肤和软的组织反转的频发,这将在的组织之前引起特别是在的聚合应变并增加肌肤受损的风险。实验室结果表明,群众运动方向上的聚合气力的较小在姿态长周期的开始附近和 40-50% 内远超峰值。接近开始时,聚合气力集之前在电子器件襟随身携带的下边缘和之前部,而之前期则集之前在上边缘和之前部。在姿态长周期的 40-50% 以上,检视到可忽略不计的轴向。水栖执行器诱发的动气力却是通过机器襟口和鞋子上的粒子气力传递到依靠四肢。如果在主要用途行驶反复之前水栖和双腿的群众运动完全匹配,则只能检视到襟随身携带和肌肤两者之间的气力开展能量传递。调用的组织起来阶段性(姿态长周期的 0-20%)的气力较小极小肩膀阶段性的其余部分。在调用的组织起来阶段性,一个很大的障碍物反作用气力同样间接地到水栖上,这也通过机器襟口和鞋子受到影响了依靠四肢。感应襟随身携带轧在大腿上,在负担的组织起来阶段性法向气力增加。此外,在脚趾离地后前倾阶段性的法向气力的较小增加,尽管增量的速率和较小在受测者两者之间有所不同。此外,当在前倾阶段性抬起腿时,动气力也有可能在水栖和双腿两者之间移到。

总之,本分析所设计者的电子器件襟随身携带可以评估在主要用途行驶之前的碰触暴力行为和碰触人身安全。为下一步随心所欲设计者提供了参阅。

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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