一种主动式膝关节助力外骨骼的性能评估

提出了一套针对主动式膝关节助力外骨骼性能评估的测试方法。建立电机驱动助力模型,计算得外骨骼膝关节的理论助力效率。选取6名健康受试者,在穿戴和不穿戴外骨骼的条件下,测量人体综合代谢指标和下肢肌肉活动量。人体综合代谢成本测试结果表明:与不穿外骨骼的实验相比,穿戴外骨骼平均增加了人体耗氧量3.21%,平均增加了二氧化碳呼出量1.27%,计算出单位质量净代谢功率平均提升了2.80%;下肢肌肉活动测试结果表明与不穿外骨骼的实验相比,穿戴外骨骼可有效降低股直肌、股外侧肌和股内侧肌的肌肉活动量。设计对照负重试验,结果证明:由于外骨骼自重无法忽略,增加了受试者的人体综合代谢成本。外骨骼可有效降低穿戴者下肢肌肉的活动量,基本符合外骨骼膝关节的理论助力效率,由于自重的原因,使整体的助力效率并不明显。

助行外骨骼机器人研究现状及发展趋势

介绍了国内外负重助行外骨骼机器人和康复助行外骨骼机器人的研究现状,分析了助行外骨骼机器人的关键技术,指出了优化行走步态、实现外骨骼机器人的轻量化、实现人的神经系统与外骨骼机器人之间的直接信息交互、增强续航能力是未来助行外骨骼机器人的发展趋势。

一种被动式手臂助力外骨骼性能评估研究

提出一套针对被动式手臂助力外骨骼的测试方法,并对设计的被动式手臂外骨骼进行评估。构建了人体搬起运动的理论模型,分析了肘关节角度和力矩的特征。然后设计重复搬起和持重站立实验,分别测量手臂主要肌群的肌电信号和人体的代谢水平,验证被动式外骨骼对搬运的辅助效果。重复搬起实验中,穿戴外骨骼可显著降低屈肘时手臂肌肉的肌肉活动;持重站立实验中,搬起10 kg时平均降低人体能量消耗18.86%,搬起15 kg平均降低人体能量消耗23.87%,并且从变化的趋势可以看出,外骨骼在物资质量5~15 kg内的持重站立状态下助力效果与物资重量的变化趋势呈正相关。提出的方法能够有效评估被动式手臂外骨骼的性能,被动式手臂助力外骨骼能够有效减少在重复搬起屈肘时手臂肌肉的肌肉活动,并且整体上降低穿戴者在持重站立时的代谢成本。