用于增强地面滑移扰动下步态稳定性的髋部外骨骼辅助参数系统评估
机器人学
2026-01-22 v1
摘要
跌倒是导致老年人受伤住院和死亡的主要原因。因此，减轻与年龄相关的步态稳定性下降并降低行走过程中的跌倒风险是辅助设备的关键目标。下肢外骨骼有潜力支持用户在行走时保持稳定性。然而，大多数外骨骼控制器经过优化以降低行走的能量消耗，而非提高稳定性。尽管一些研究报告了辅助带来的稳定性益处，但特定参数（如辅助幅度和持续时间）的影响仍未被探索。为了填补这一空白，我们在八名健康成年人遭受滑移扰动期间，系统地调节了双侧髋部外骨骼提供的扭矩幅度和持续时间，并使用全身角动量 (WBAM) 量化了稳定性。WBAM 响应受辅助幅度和持续时间之间显著相互作用的控制，其中持续时间决定了外骨骼辅助相对于不穿戴外骨骼设备是起稳定还是失稳作用。与现有的能量优化控制器相比，实验确定的稳定性最优参数平均使 WBAM 范围降低了 25.7%。值得注意的是，在扰动期间使 WBAM 最小化的参数组合中观察到了显著的受试者间变异性。我们发现，仅针对能量结果优化外骨骼辅助不足以改善步态扰动期间的反应性稳定性。以稳定性为中心的外骨骼控制应优先考虑时间辅助参数，并包含用户特定的个性化。这项研究是迈向个性化、以稳定性为中心的外骨骼控制的重要一步，对改善老年人稳定性和降低跌倒风险具有直接意义。
引用
@article{arxiv.2601.15056,
title = {Systematic Evaluation of Hip Exoskeleton Assistance Parameters for Enhancing Gait Stability During Ground Slip Perturbations},
author = {Maria T. Tagliaferri and Inseung Kang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.15056},
year = {2026}
}