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工程师用机器人理论让现代假肢焕发新生机

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机器人网
发布2018-04-13 13:47:14
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发布2018-04-13 13:47:14
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德克萨斯大学的Dallas教授应用机器人控制理论,使动力假肢动态响应穿戴者的环境,并帮助截肢患者行走。 在研究在线以及即将出版的IEEE Transactions on Robotics上,我们可以看到机器人假肢的穿戴者可以像健全人一样在跑步机上快走。 “我们借用机器人控制理论创造了一个简单有效的新方法来分析人的步态周期,”埃里克乔森工程与计算机科学学院的老师,也是论文的第一作者Robert Gregg博士说。“我们的方法给出了一种让截肢患者控制电动假肢的方式,帮助他们以比目前的假肢更稳定、更自然的方式走路。” 人形机器人能走、能跑、能跳,还能自动爬楼梯,但是现在的假肢却限制人类做类似的动作。虽然假肢已经做得很轻很灵活,但他们无法模仿正常人的肌肉所产生的动力。动力假肢或机器人假肢有马达产生的力量,但缺乏足够地智能以稳定地响应障碍或地形的改变。

控制工程师们通过时间透镜观察人类的步态周期,确定在行走周期的每一刻要怎么做。生物工程和机械工程系助理教授Gregg提出了一种新的方式来观察和研究人类行走的过程:测量一个单一的变量来反应身体的运动。在这项研究中,变量是脚中心的压力,这也是从脚跟到脚趾的步态周期的中心。 Gregg说:“步态周期是一个复杂的现象,有很多关节和肌肉一起工作,我们采用先进的数学定理,将整个步态周期简化成一个变量。如果测量这个变量,你就能确切知道你在步态周期的那个地方,你应当怎么做。” Gregg首先在计算机模型上测试了他的理论,然后用在了西北大学附属公司芝加哥康复研究所的三个膝盖以上截肢参与者身上。他通过使用传感器测量动力假肢中心的压力实现了他的算法。只要输入用户的身高、体重和残余大腿的尺寸到他的算法中,假肢就会在15分钟内为受试者完成配置。受试者就可以在地上走,在跑步机上加速运动。 “我们没有‘告诉’假肢跑步机的速度在增加,假肢就会像生物腿那样自然地做出反应。”Gregg说道。 参与者能够以1米/秒以上的速度移动;Gregg说,健全人的走路速度大概是1.3米/秒。参与者还反应说,他们会比使用传统假肢付出更少的能量。 Gregg还说,目前的电动假肢需要一个团队的物理康复专家话费大量的时间去调整数百个按钮并为每个使用者训练每个动力腿。 “我们的方法是统一多种工作模式与一体,这个技术可以在未来帮助更多的人,参与者的反馈是非常有益的。”他补充道。 Gregg表示,下一步的研究将会比较机器人假肢使用时间模式和使用中心压力模式的实验结果。

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原始发表:2014-12-11,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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