膝关节柔顺性降低下肢外骨骼腿摆动相碰撞峰值力：测试台评估
医学物理
2019-09-17 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
动力下肢外骨骼是脊髓损伤患者恢复日常活动行动能力的可行方案。然而，常用的刚性驱动与预编程轨迹增加了与外部物体碰撞时的跌倒风险。柔顺驱动可降低碰撞时的力，从而保护硬件与使用者。但针对下肢外骨骼的碰撞实验数据尚属空白。本文研究了膝关节变刚度驱动器如何影响经外骨骼传递至使用者的碰撞力。在测试台实验中，我们比较了具有变刚度膝关节驱动器的外骨骼腿的三种配置：(i) 柔顺配置或 (ii) 刚性配置，以及 (iii) 刚性驱动器。观察到骨盆处峰值扭矩随刚度降低从 260.2 Nm 降至 116.2 Nm。此外，机械冲量降低了三倍。这些结果表明，外骨骼膝关节的柔顺性在碰撞时是有利的，应在动力下肢外骨骼设计中予以考虑。总体而言，这可减少碰撞后维持平衡所需努力，而改进的碰撞处理可使外骨骼使用更安全，并提升其在日常生活中的实用性。
引用
@article{arxiv.1909.07205,
title = {Knee Compliance Reduces Peak Swing Phase Collision Forces in a Lower-Limb Exoskeleton Leg: A Test Bench Evaluation},
author = {Stefan O. Schrade and Marcel Menner and Camila Shirota and Peter Winiger and Alex Stutz and Melanie N. Zeilinger and Olivier Lambercy and Roger Gassert},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.07205},
year = {2019}
}
备注
9 pages, 7 figures, 3 tabels