踝关节柔性助力外骨骼设计与开发

目的目前下肢外骨骼一般采用刚性结构设计,限制了外骨骼的实际助力效果。鉴于此,本研究将致力于设计一款踝关节柔性助力外骨骼,以期实现拟人化助力,解决目前外骨骼人机协同度低等问题。方法本研究从以下4个方面展开:(1)柔性机构设计;(2)高性能系统平台搭建;(3)个性化助力策略设计;(4)样机系统性能验证。结果(1)实现了一种符合人体踝关节运动特征的踝关节外骨骼柔性机构;(2)分别完成系统的硬件平台与软件平台设计,包括驱动、反馈、人机交互等;(3)提出了一种助力模型,通过步行测试、参数解算、参数回设等步骤实现个性化跖屈助力;(4)系统性能验证结果表明,样机系统具备助力功能(反馈误差0.1%)并能提供有效助力(穿戴者跖屈肌激活度减少12.7%)。结论通过上述各项研究工作,本研究最终形成了一套踝关节柔性助力外骨骼原型样机,设计了一种基于“电机-跟腱弧长等距”的个性化多参数助力模型。其中,系统软件平台的创新性设计为样机提供了较强的功能性和可操作性,而个性化多参数助力模型与外骨骼柔性机构结合,则有效解决了外骨骼助力效果不佳的问题。因此,本研究对下肢柔性外骨骼的研究和应用,都将具有重要的理论和实际意义。

遗传性痉挛性截瘫患者足尖行走步态周期中足尖着地点时相的计算

目的遗传性痉挛性截瘫(HSP)是一种特异性的进行性神经变性疾病,因下肢痉挛导致步态异常。多数患者表现为行走时足尖先着地的步态。传统的基于运动学数据计算足跟着地和足尖离地时相来确定步态周期的方法完全无法用于此类病人的步态分析。尝试使用足尖着地时相来作为步态周期中的足部触地点,并验证其可行性、精确性和可重复性。方法二例HSP女性患者(16岁和21岁),均为足尖先着地步态。嘱其在Bertec双履带步行机上分别以0.05 m/s和0.10 m/s速度行走,步态数据由Qualysis运动捕捉系统获得(捕捉频率为100 Hz),并经MATLAB 7.4自编软件进行分析。所有足部触地点时相均基于运动学数据,包括左右两侧的足跟离地、足跟着地、足尖离地和足尖着地。最后,比较行走的同步录像视频,验证其准确性。2例病人不同速度的数据均按同样软件分析,证明其可行性和可重复性。结果不同于正常步态周期按足跟着地点和足尖离地点分出站立相和摆动相,多数HSP患者由于足部拖沓,并用足尖先着地行走。针对这一特异的行走方式,尝试用足尖着地点的时相来定义整个步态周期的起始点,发现其非常适合HSP患者的步态分析。结论对于像HSP患者行走时足尖性着地的特异性步态,基于运动学数据获得足尖着地点时相来定义整个步态周期的起始点,是非常适合该类病人的步态分析。